Question

17．甲酸及其鹽具有強(qiáng)還原性，能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，甲酸是唯一能和烯烴發(fā)生加 成反應(yīng)的羧酸，25℃時(shí)甲酸的電離常數(shù)為2.1×10^-4．

（1）利用光催化制甲酸原理如圖一1所示：
①該裝置能量轉(zhuǎn)化方式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能．②電極a上發(fā)生的電極反應(yīng)式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．
（2）另一種制取甲酸的機(jī)理如圖2所示，Ru（OH）₂在反應(yīng)中的作用為催化劑，該制備反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂+H₂ $\frac{\underline{\;R（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH．
（3）甲酸也可由甲醇氧化制�。�在催化劑作用下，C0可用于合成甲醇：CO（g）+2H₂ （g）═CH₃0H（g）．在恒溫條件下，向2L的密閉定容容器中充入1mol CO和2molH₂合成甲醇．
①判斷達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是ac（填字母）．
a．CO體積分?jǐn)?shù)保持不變
b．CO和CH₃OH濃度相等
c．容器中氣體的壓強(qiáng)不變
d．CH₃OH的生成速率與CO消耗速率相等
e．容器中混合氣體的密度保持不變
②經(jīng)過(guò)5min達(dá)到平衡，此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則從開(kāi)始到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率為0.1mol/（L•min）；平衡后保持原條件不變，再向容器中加入1mol CH₃OH（g），平衡向逆向（填“正向”或“逆向”）移動(dòng)．達(dá)新平衡后CO體積分?jǐn)?shù)與原平衡相比減�。ㄌ睢霸龃蟆被颉皽p小”）．
（4）甲酸常溫下可與銀氨溶液發(fā)生銀鏡反應(yīng)，同時(shí)有NH₄HCO₃生成，該反應(yīng)的離子方程式為HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+HCO₃^-+NH₄⁺+3NH₃+H₂O．
（5）25℃甲酸與醋酸鈉溶液反應(yīng)：HCOOH+CH₃COO^-=HCOO^-+CH₃COOH₂，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為12，則該溫度下醋酸的電離常為：K．（CH₃COOH）=1.75×10^-5．

Answer 1

分析 （1）①該裝置能量轉(zhuǎn)化方式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能；
②電極a上發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
（2）由圖2可知，Ru（OH）₂在反應(yīng)中的作用為催化劑，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO₂+H₂$\frac{\underline{\;R（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH；
（3）①根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
②經(jīng)過(guò)5min達(dá)到平衡，此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為50%，結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算得到反應(yīng)速率，平衡后保持原條件不變，再向容器中加入1mol CH₃OH（g），平衡逆向進(jìn)行，
（4）甲酸與丙烯加成生成甲酸酯，主要產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為HCOOCH（CH₃）₂；甲酸常溫下可與銀氨溶液發(fā)生銀鏡反應(yīng)，同時(shí)有（NH₄HCO₃生成，該反應(yīng)的離子方程式為HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+HCO₃^-+NH₄⁺+3NH₃+H₂O；
（5）25℃甲酸與醋酸鈉溶液反應(yīng)：HCOOH+CH₃COO^-?HCOO^-+CH₃COOH，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為12，即$\frac{c（C{H}_{3}COOH）c（HCO{O}^{-}）}{c（HCOOH）c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=$\frac{Ka（HCOOH）}{Ka（C{H}_{3}COOH）}$12；

解答 解：（1）①該裝置能量轉(zhuǎn)化方式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能，
故答案為：光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能；
②電極a上發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，
故答案為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
（2）由圖2可知，Ru（OH）₂在反應(yīng)中的作用為催化劑，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO₂+H₂$\frac{\underline{\;R（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH，
故答案為：催化劑；CO₂+H₂$\frac{\underline{\;R（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH；
（3）CO（g）+2H₂ （g）═CH₃OH（g）．
①a．CO體積分?jǐn)?shù)保持不變是平衡標(biāo)志，故a正確；
b．CO和CH₃OH濃度相等不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故b錯(cuò)誤；
c．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，容器中氣體的壓強(qiáng)不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．CH₃OH的生成速率與CO消耗速率相等，說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤；
e．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量和體積不變，容器中混合氣體的密度始終保持不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故e錯(cuò)誤；
故答案為：ac；
②在恒溫條件下，向2L的密閉定容容器中充入1mol CO和2molH₂合成甲醇，經(jīng)過(guò)5min達(dá)到平衡，此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為50%，
                       CO（g）+2H₂ （g）═CH₃OH（g）．
起始量（mol） 1              2                 0
變化量（mol） 0.5           1                  0.5
平衡量（mol） 0.5           1                  0.5
則從開(kāi)始到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{1mol}{2L}}{5min}$=0.1mol/（L•min），
平衡后保持原條件不變，再向容器中加入1mol CH₃OH（g），平衡向逆向進(jìn)行，加入1mol甲醇和通入1mol一氧化碳、2mol氫氣達(dá)到相同平衡狀態(tài)，所以加入1mol甲醇相當(dāng)于給平衡體系增大壓強(qiáng)，一氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，達(dá)新平衡后CO體積分?jǐn)?shù)與原平衡相比減小
故答案為：0.1mol/（L•min）；逆向；減小；
（4）甲酸與丙烯加成生成甲酸酯，主要產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為HCOOCH（CH₃）₂；甲酸常溫下可與銀氨溶液發(fā)生銀鏡反應(yīng)，同時(shí)有（NH₄HCO₃生成，該反應(yīng)的離子方程式為：HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+HCO₃^-+NH₄⁺+3NH₃+H₂O，
故答案為：HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+HCO₃^-+NH₄⁺+3NH₃+H₂O；
（5）25℃甲酸與醋酸鈉溶液反應(yīng)：HCOOH+CH₃COO^-?HCOO^-+CH₃COOH，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為12，即$\frac{c（C{H}_{3}COOH）c（HCO{O}^{-}）}{c（HCOOH）c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=$\frac{Ka（HCOOH）}{Ka（C{H}_{3}COOH）}$=12，也就是：$\frac{2.1×1{0}^{-4}}{Ka}$=12，則該溫度下醋酸的電離常數(shù)為：K_a（CH₃COOH）=1.75×10^-5，
故答案為：1.75×10^-5．

點(diǎn)評(píng) 本題比較綜合，涉及電化學(xué)、平衡常數(shù)影響因素及應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)計(jì)算、電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)、電離平衡常數(shù)應(yīng)用等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度中等．