Question

12．甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料．工業(yè)上利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ/mol
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41kJ/mol
回答下列問(wèn)題：
（1）已知反應(yīng)①中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如表：

化學(xué)鍵	H-H	C-O	C≡O(shè)	H-O	C-H
E/（KJ•mol-1）	436	343	1076	465	x

則x=413．
（2）反應(yīng)①能夠自發(fā)進(jìn)行的條件是較低溫度（填“較低溫度”、“較高溫度”或“任何溫度”）．
（3）恒溫，恒容密閉容器中，對(duì)于反應(yīng)②，下列說(shuō)法中能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是BD．
A．混合氣體的密度不再變化
B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化
C．CO₂、H₂、CH₃OH、H₂O的物質(zhì)的量之比為1：3：1：1
D．甲醇的百分含量不再變化
（4）對(duì)于反應(yīng)②，不同溫度對(duì)CO₂的轉(zhuǎn)化率及催化劑的效率影響如圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法
不正確的是ABD．
A．不同條件下反應(yīng)，N點(diǎn)的速率最大
B．溫度低于250℃時(shí)，隨溫度升高甲醇的產(chǎn)率增大
C．M點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)比N點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)大
D．實(shí)際反應(yīng)應(yīng)盡可能在較低的溫度下進(jìn)行，以提高CO₂的轉(zhuǎn)化率
（5）若在1L密閉容器中充入體積比為 3：1的 H₂ 和CO₂發(fā)生反應(yīng)②，則圖中M點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)物甲醇的體積分?jǐn)?shù)為16.7%；若要進(jìn)一步提高甲醇的體積分?jǐn)?shù)，可采取的措施有增大壓強(qiáng)（答一種措施）．
（6）甲醇在催化劑條件下可以直接氧化成甲酸．常溫下用0.1000mol•L^-1NaOH滴定  20.00mL 0.1000mol•L^-1的甲酸．當(dāng)溶液中c（HCOOH）=c（HCOO^-）時(shí)，測(cè)得PH=4．
①PH=4時(shí)，該溶液中離子濃度由小到大的順序?yàn)閏（OH^-）＜c（H⁺）＜c（Na⁺）＜c（HCOO^-）；
②PH=7時(shí)，c（HCOOH）+c（HCOO^-）＞0.050mol•L^-1（填“＞”、“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）據(jù)反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，進(jìn)行分析計(jì)算；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化分析溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，據(jù)此判斷；
（3）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（同種物質(zhì)）或正逆速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比（不同物質(zhì)），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；
（4）A．溫度升高化學(xué)反應(yīng)速率加快，催化劑的催化效率降低；
B．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動(dòng)；
C．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡逆向進(jìn)行；
D．溫度越低催化劑活性越小，反應(yīng)速率越慢；
（5）圖中M點(diǎn)時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率50%，結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式得到，反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行；
（6）①HCOOH+NaOH=HCOONa+H₂O，PH=4即溶液中c（H⁺）＞c（OH^-），若HCOOH和NaOH的物質(zhì)的量1：1混合時(shí)，最終生成的HCOONa，呈堿性即PH＞7，故所加HCOOH的量大于NaOH，因?yàn)閏（HCOOH）=c（HCOO^-），即c（HCOO^-）＞c（NaOH）=C（Na⁺），根據(jù)電荷守恒c（HCOO^-）+c（OH^-）=c（H⁺）+c（Na⁺），故溶液中離子濃度由小到大的順序?yàn)閏（OH^-）＜c（H⁺）＜c（Na⁺）＜c（HCOO^-）；
②HCOOH+NaOH=HCOONa+H₂O，若HCOOH和NaOH的物質(zhì)的量1：1混合時(shí)，即c（HCOOH）=$\frac{0.1mol/L}{2}$=0.05mol/L，最終生成的HCOONa呈堿性即PH＞7，此時(shí)PH=7，故所加HCOOH的量大于NaOH，即滴加NaOH體積小于20ml，故c（HCOOH）＞0.05mol/L，根據(jù)物料守恒c（HCOOH）+c（HCOO^-）＞0.05mol/L，據(jù)此進(jìn)行分析．

解答 解：（1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，故△H₁=1076kJ•mol^-1+2×436kJ•mol^-1-（3×x+343+465）kJ•mol^-1=-99kJ•mol^-1，解得x=413kJ•mol^-1，
故答案為：413；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ/mol，即△H＜0，反應(yīng)前后氣體體積減小，熵變△S＜0，滿足△H-T△S＜0，應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：較低溫度；
（3）A．混合氣體的密度一直不變，故錯(cuò)誤；
B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，說(shuō)明總物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
C．容器中CO₂、H₂、CH₃OH、H₂O的物質(zhì)的量之比為1：3：1：1，無(wú)法判斷各組分的濃度是否還發(fā)生變化，則無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
D．甲醇的百分含量不再變化，即濃度不再發(fā)生變化，達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
故答案為：BD；
（4）A．化學(xué)反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，催化劑的催化效率降低，所以v（M）有可能小于v（N），故A錯(cuò)誤；
B．溫度低于250℃時(shí)，隨溫度升高平衡逆向進(jìn)行甲醇的產(chǎn)率減小，故B錯(cuò)誤；
C．升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減低，則升溫平衡逆向移動(dòng)，所以M化學(xué)平衡常數(shù)大于N，故C正確；
D．為提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，平衡正向進(jìn)行，但催化劑的活性、反應(yīng)速率減小，故D錯(cuò)誤；
故答案為：ABD；
（5）若在密閉容器中充入體積比為 3：1的 H₂ 和CO₂，設(shè)為3mol、1mol，則圖中M點(diǎn)時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化率50%，
                   CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）  1             3                 0               0
變化量（mol） 0.5         1.5               0.5            0.5
平衡量（mol） 0.5         1.5               0.5            0.5
產(chǎn)物甲醇的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{0.5}{1.5+0.5+0.5+0.5}$×100%=16.7%，
反應(yīng)前后氣體體積減小，若要進(jìn)一步提高乙烯的體積分?jǐn)?shù)，可采取的措施有增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，
故答案為：16.7%；增大壓強(qiáng)；
（6）①HCOOH+NaOH=HCOONa+H₂O，PH=4即溶液中c（H⁺）＞c（OH^-），若HCOOH和NaOH的物質(zhì)的量1：1混合時(shí)，最終生成的HCOONa，呈堿性即PH＞7，故所加HCOOH的量大于NaOH，因?yàn)閏（HCOOH）=c（HCOO^-），即c（HCOO^-）＞c（NaOH）=C（Na⁺），根據(jù)電荷守恒c（HCOO^-）+c（OH^-）=c（H⁺）+c（Na⁺），故溶液中離子濃度由小到大的順序?yàn)閏（OH^-）＜c（H⁺）＜c（Na⁺）＜c（HCOO^-），
故答案為：c（OH^-）＜c（H⁺）＜c（Na⁺）＜c（HCOO^-）；
②HCOOH+NaOH=HCOONa+H₂O，若HCOOH和NaOH的物質(zhì)的量1：1混合時(shí)，即c（HCOOH）=$\frac{0.1mol/L}{2}$=0.05mol/L，最終生成的HCOONa呈堿性即PH＞7，此時(shí)PH=7，故所加HCOOH的量大于NaOH，即滴加NaOH體積小于20ml，故c（HCOOH）＞0.05mol/L，根據(jù)物料守恒c（HCOOH）+c（HCOO^-）＞0.05mol/L，
故答案為：＞．

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律、化學(xué)平衡計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生圖象分析、計(jì)算能力，明確化學(xué)反應(yīng)原理、電解原理是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，題目難度不大．