Question

【題目】甲醇是最基本的有機化工原料之一。工業(yè)上可用二氧化碳和氫氣反應來生產(chǎn)甲醇。

（1）已知氣態(tài)甲醇的燃燒熱為a kJ/mol，2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ΔH= -bkJ/mol；H2O(g)=H2O(l) ΔH= -ckJ/mol。 則CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH=_________。

（2）某溫度下，在2 L密閉容器中，充入2.4 mol CO2和4.4 mol H2，發(fā)生合成甲醇的反應，測得甲醇的物質(zhì)的量隨時間的變化圖像如圖中的曲線I，則前4分鐘ν(CO2)=__________；若在1 min時，改變某一反應條件，曲線I變?yōu)榍�線II，則改變的條件為___________；該溫度下反應的化學平衡常數(shù)為___________。

（3）在另一溫度下發(fā)生合成甲醇的反應，如圖關(guān)閉K，向A容器中充入1 mol CO2和4 mol H2，向B容器中充入1.2 mol CO2和4.8 mol H2，兩容器分別發(fā)生上述反應。已知起始時容器A和B的體積均為a L，反應達到平衡時容器B的體積為0.9a L，維持其他條件不變，若打開K一段時間后重新達到平衡，容器B的體積為______L(不考慮溫度的變化，P為可自由滑動活塞，不考慮活塞的摩擦力)。

（4）一定條件下甲醇可進一步氧化轉(zhuǎn)化為甲酸。室溫下，將amol/L的甲酸與bmol/L的NaOH溶液等體積混合，體系中存在c(Na+)=c(HCOO-)，試用含a和b的代數(shù)式表示甲酸的電離常數(shù)為_____________________。

Answer 1

【答案】a-3/2b-2c kJ/mol 0.1 mol·L-1·min-1 加入催化劑 0.2 0.65a b·10-7/(a-b)

【解析】

（1）根據(jù)題意，利用蓋斯定律，求算CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH；

（2）根據(jù)圖像，分析得出4分鐘內(nèi)，甲醇的濃度變化，進而求出二氧化碳的濃度變化，再求ν(CO2)；1min改變條件的結(jié)果是，速率加快，平衡時間縮短，平衡時c(CH3OH)沒有改變，以此判斷改變的條件，并計算平衡常數(shù)；

（3）打開K時AB組成的是等溫等壓容器，相應的起始投入總物質(zhì)的量，與平衡總體積成正比；

（4）根據(jù)溶液中的電荷守恒，和c(Na+)=c(HCOO-)的關(guān)系，結(jié)合甲酸的電離方程式，求算甲酸的電力平衡常數(shù)。

（1）依據(jù)題給信息，①CH3OH(g)3/2O2(g)=CO2(g) 2H2O(l) ΔH=-akJ/mol， ②2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ΔH= -b kJ/mol；③H2O(g)=H2O(l) ΔH= -c kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，3/2②3③-①可得：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH= a-3/2b-2c kJ/mol；

本題答案為：a-3/2b-2c kJ/mol。

（2）根據(jù)圖像，分析得出4分鐘內(nèi)，甲醇的濃度變化，c(CH3OH)=0.4mol/L，依據(jù)則v(CH3OH)=0.4mol/L/4min=0.1mol/(L·min) ，由于速率之比等于計量數(shù)之比，所以ν(CO2)= v(CH3OH)= 0.1mol/(L·min)；1min時改變條件的結(jié)果是曲線I變?yōu)榍�線II，速率加快，平衡時間縮短，平衡時c(CH3OH)沒有改變，根據(jù)反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH= a-3/2b-2c kJ/mol，可知改變的條件是：加入催化劑；由圖像可知，平衡時c(CH3OH)=0.4mol/L，,n(CH3OH)=0.4mol/L2L=0.8mol，c(H2O)=0.4mol/L，故由方程式可知：n(CO2)=0.8mol，平衡時c(CO2)=(2.4-0.8)/2=0.8mol/L，n(H2)=30.8mol=2.4mol，平衡時c(H2)=(4.4-2.4)/2=1mol/L，該溫度下平衡常數(shù)K= c(CH3OH)·c(H2O)/ c(CO2)·c3(H2)=0.2

本題答案為：0.1 mol·L-1·min-1 ； 加入催化劑 ；0.2 。

（3）打開K時AB組成的是等溫等壓容器，相應的起始投入總物質(zhì)的量，與平衡總體積成正比，設打開K重新達到平衡，總體積為x，則有：x:(56)=0.9a：6，解得x=1.65a，因為起始時A的體積為aL，所以重新平衡時B的體積為：1.65a-a=0.65aL；

本題答案為：0.65a。

（4）根據(jù)溶液中的電荷守恒：c(Na+)c(H+)=c(HCOO-)c(OH-),而體系中c(Na+)=c(HCOO-)，故c(H+)= c(OH-)=110-7mol/L，c(Na+)=c(HCOO-)=b/2mol/L，反應后溶液中剩余c(HCOOH)=(a/2-b/2)mol/L，依據(jù)HCOOHHCOO-H+,所以甲酸的電離平衡常數(shù)為Ka=c(HCOO-)c(H+)/c(HCOOH)== b·10-7/(a-b)；

本題答案為：b·10-7/(a-b)。