Question

【題目】I.甲醛在木材加工、醫(yī)藥等方面有重要用途。甲醇直接脫氫是工業(yè)上合成甲醛的新方法，制備過(guò)程涉及的主要反應(yīng)如下：

反應(yīng)I：CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g) △H1=+85.2kJ/mol

反應(yīng)II：CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g) △H2

反應(yīng)III：2H2(g)+O2(g)2H2O(g) △H3=-483.6kJ/mol

(1)計(jì)算反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)熱△H2=_____________________________。

(2)750K下，在恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g），若起始?jí)簭?qiáng)為P0，達(dá)到平衡轉(zhuǎn)化率為α，則平衡時(shí)的總壓強(qiáng)P平=___________(用含P0和α的式子表示)；當(dāng)P0=101kPa，測(cè)得α=50.0%，計(jì)算反應(yīng)平衡常數(shù)Kp=___________kPa(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，忽略其它反應(yīng))。

II.CO2既是溫室氣體，也是重要的化工原料，以CO2為原料可合成多種有機(jī)物。

(3)CO2用于生產(chǎn)乙烯，已知：2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H＝QkJ/mol。一定條件下，按不同的投料比X[X＝]向某容積可變的恒壓密閉容器中充入CO2、H2，測(cè)得不同投料比時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示。

①X1_____X2（填“＞”或“＜”，后同），Q_____0。

②圖中A、B、C三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系為_____。

(4)常溫下，用NaOH溶液作CO2捕捉劑不僅可以降低碳排放，而且可得到重要的化工產(chǎn)品Na2CO3。

①若某次捕捉后得到pH＝10的溶液，則溶液中c(CO32-)：c(HCO3-)=_____[常溫下K1(H2CO3)=4.4×10﹣7、K2(H2CO3)=5×10﹣11]。

②欲用5L Na2CO3溶液將23.3g BaSO4固體全都轉(zhuǎn)化為BaCO3，則所用的Na2CO3溶液的物質(zhì)的量濃度至少為__________。[已知：常溫下Ksp(BaSO4)=1×10﹣7、Ksp(BaCO3)=2.5×10﹣6]。(忽略溶液體積積的變化)

Answer 1

【答案】-156.6kJ/mol P0(1+α) 50.5 > < KA>KB＝KC 1：2 0.52mol/L

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)I+反應(yīng)III得反應(yīng)Ⅱ，據(jù)此計(jì)算△H2；

(2)根據(jù)恒容時(shí)氣體的壓強(qiáng)比等于氣體的物質(zhì)的量的比計(jì)算平衡時(shí)的壓強(qiáng)；根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算其平衡常數(shù)；

(3)①當(dāng)其他條件一定時(shí)，充入的H2量越多，CO2轉(zhuǎn)化率越高，對(duì)應(yīng)的X越大，則X1＞X2；在其它條件不變時(shí)，結(jié)合圖象可知：溫度升高，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，可推知該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，據(jù)此進(jìn)行分析；

②結(jié)合圖象可知該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)將減小，而且化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)；

(4)①由題意pH=10，可計(jì)算c(H+)=1×10-10mol/L，由HCO3-CO32-+H+可得：Ka2==5×10﹣11，所以=1：2；

②設(shè)至少需要物質(zhì)的量濃度為xmol/L的Na2CO3溶液，當(dāng)BaSO4完全溶解后，23.3g BaSO4的物質(zhì)的量為n(BaSO4)= 23.3g÷233g/mol=0.1mol，所得5L溶液中c(SO42-)=0.1mol ÷5L=0.02mol/L，此時(shí)溶液中c(CO32-)=(x-0.02)mol/L，由BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-可知，此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K==0.04=，據(jù)此進(jìn)行計(jì)算。

(1)I+×III，整理可得CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g) △H2=△H1+×△H3=-156.6kJ/mol；

(2)根據(jù)在恒容時(shí)氣體的壓強(qiáng)比等于氣體的物質(zhì)的量的比計(jì)算平衡時(shí)的壓強(qiáng)。若起始?jí)簭?qiáng)為P0，達(dá)到平衡轉(zhuǎn)化率為α，

CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)

起始(mol) 1 0 0

變化(mol) a a a

平衡(mol) 1-a a a

壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則p0：P平=1(1+a)，P平=p0(1+a)。當(dāng)P0=101kPa，測(cè)得α=50.0%，該反應(yīng)平衡常數(shù)Kp==50.5 kPa；

(3)①當(dāng)其他條件一定時(shí)，充入的H2量越多，CO2轉(zhuǎn)化率越高，對(duì)應(yīng)的X越大，則X1>X2；在其它條件不變時(shí)，結(jié)合圖象可知：溫度升高，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，可推知該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則Q＜0；

②結(jié)合圖象可知該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)減��；而且化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，根據(jù)圖象知A點(diǎn)的溫度低于B、C兩點(diǎn)，而且B、C兩點(diǎn)溫度相同，則三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)的大小關(guān)系為：KA>KB=KC；

(4)①)①由題意pH=10，可計(jì)算c(H+)=1×10-10mol/L，由HCO3-CO32-+H+可得：Ka2==5×10﹣11，所以=1：2；

②設(shè)至少需要物質(zhì)的量濃度為xmol/L的Na2CO3溶液，當(dāng)BaSO4完全溶解后，23.3g BaSO4的物質(zhì)的量為n(BaSO4)= 23.3g÷233g/mol=0.1mol，所得5L溶液中c(SO42-)=0.1mol ÷5L=0.02mol/L，此時(shí)溶液中c(CO32-)=(x-0.02)mol/L，由BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-可知，此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K==0.04=；

②設(shè)至少需要物質(zhì)的量濃度為xmol/L的Na2CO3溶液，當(dāng)BaSO4完全溶解后，所得5L溶液中c（SO42-）=0.02mol/L，此時(shí)溶液中c(CO32-)=(x-0.02)mol/L，由BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-可知，此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K==0.04=，解得x=0.52mol/L。