Question

【題目】低碳經濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式。低碳經濟的概念在中國正迅速從高端概念演變成全社會的行為，在新能源汽車、工業節能等多個領域都大有作為。 請運用化學反應原理的相關知識研究碳及其化合物的性質。

(1)工業上可利用CO或CO2來制備清潔液體燃料甲醇。已知:800℃時，化學反應①、反應②對應的平衡常數分別為2.5、1.0。

反應①:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H = -90.8kJ mol-1

反應②:H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) △H= +41.2kJ mol-1

寫出用CO2與H2反應制備甲醇的熱化學方程式________________________，800℃時該反應的化學平衡常數K的數值為_______________。

現將不同量的CO2 (g)和H2(g)分別通入到容積為2L恒容密閉容器中進行反應②，得到如下二組數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		CO2 (g)	H2(g)	H2(g)	CO2 (g)
1	900	4	6	1.6	2.4	2
2	900	a	b	c	d	t

實驗2中，若平衡吋，CO2 (g)的轉化率小于H2(g)，則a、b必須滿足的關系是_________。

若在900℃時，另做一組實驗，在此容器中加入10mol CO2，5mol H2，2 mol CO，5 mol H2O (g)，則此時v正___v逆(填“>”、“>”或“=”)。

(2)工業上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應的熱化學方程式為：CH3OH(g)+CO(g) HCOOCH3(g) △H=-29.1KJ·mol-1 ，科研人員對該反應進行了研究，部分研究結果如下：

①從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率”看，工業制取甲酸甲酯應選擇的壓強是____(填“3.5×106 Pa”“4.0×106 Pa”或“5.0×106Pa”)。

②實際工業生產中采用的溫度是80℃，其理由是______________________。

(3)已知常溫下NH3H2O的電離平衡常數K= 1.75×10-5，H2CO3的電離平衡常數K1=4.4×10-7，K2 =4. 7×10-11。常溫下，用氮水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液，NH4HCO3溶液呈_____(填“酸性”“中性”或“堿性”)，溶液中離子濃度由大到小的順序為:_________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.6kJ·mol-1 2.5 a＞b ＞ 4.0×106 Pa 高于80 ℃時，溫度對反應速率影響較小，又因反應放熱，升高溫度時平衡逆向移動，轉化率降低 堿性 c(NH4+)＞c(HCO3-)＞c(OH-)＞c(H+)＞c(CO32-)

【解析】(1)反應①:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H = -90.8kJ mol-1

反應②: H2(g)+CO2(g)H2O (g)+CO(g) △H= +41.2kJ mol-1

用CO2與H2反應制備甲醇的熱化學方程式可由①+②求得： CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.6kJ·mol-1 ，該反應的平衡常數K=K1K2=2.5×1.0=2.5

在反應中，當反應物的物質的量之比等于化學計量數之比時，各反應物的轉化率相等，某一反應物越多，其轉化率越低，而另一反應物轉化率越高，實驗2中，若平衡吋，CO2 (g)的轉化率小于H2(g)，則a、b必須滿足的關系是a/b>1/1,即a>b；

CO2(g)+ H2(g)H2O (g)+CO(g)

n始/mol 4 6

n變/mol 1.6 1.6 1.6 1.6

n平/mol 2.4 4.4 1.6 1.6

另一容器 10 5 5 2

，此時平衡正向移動，則此時v正>v逆

(2)①從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率“看，圖象中轉化率變化最大的是4.0×106Pa。②依據圖象分析溫度在高于80°C對反應速率影響不大，反應是放熱反應，溫度過高，平衡逆向進行，不利于轉化率增大，故：高于80℃時，溫度對反應速率影響較小；且反應放熱，升高溫度時平衡逆向移動，轉化率降低。

（3）已知常溫下NH3H2O的電離平衡常數K= 1.75×10-5，大于H2CO3的電離平衡常數K1=4.4×10-7，相當于強堿弱酸鹽，碳酸氫根離子的水解能力大于銨根離子水解能力，則碳酸氫銨溶液呈堿性；碳酸氫根離子的水解能力大于銨根離子水解能力，則人c(NH4+)＞c(HCO3-)，碳酸氫銨溶液呈堿性，c(OH-)＞c(H+)，所以c(NH4+)＞c(HCO3-)＞c(OH-)＞c(H+)＞c(CO32-)。