Question

【題目】2019年10月27日，國際清潔能源會(huì)議(ICCE2019)在北京開幕，一碳化學(xué)成為這次會(huì)議的重要議程。甲醇、甲醛(HCHO)等一碳化合物在化工、醫(yī)藥、能源等方面都有廣泛的應(yīng)用。

(1)甲醇脫氫法可制備甲醛(反應(yīng)體系中各物質(zhì)均為氣態(tài))，反應(yīng)生成1mol HCHO過程中能量變化如圖：

已知：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) H=-49.5kJ/mol

則反應(yīng)CO2(g)+2H2(g)=HCHO(g)+H2O(g) H=______kJ/mol

(2)氧化劑可處理甲醛污染，結(jié)合圖象分析春季(水溫約為15℃)應(yīng)急處理被甲醛污染的水源應(yīng)選擇的試劑為____(填化學(xué)式)。

(3)納米二氧化鈦催化劑可用于工業(yè)上合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H=akJ/mol

①按=2投料比將H2與CO充入VL恒容密閉容器中，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測定CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。則a ___(填“＞”或“＜”)0；壓強(qiáng)p1、p2、p3由小到大的關(guān)系是______。

②在溫度為T1℃，向某恒容密閉容器中充入H2和CO發(fā)生上述反應(yīng)，起始時(shí)c(H2)=c(CO)=2.0mol/L。達(dá)到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為圖中的M點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，則在該溫度下，對應(yīng)的N點(diǎn)的平衡常數(shù)為______(保留3位有效數(shù)字)。

(4)工業(yè)上利用CH4(混有CO和H2)與水蒸氣在一定條件下制取H2，該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率表達(dá)式為v逆=kc(CO)c3(H2)，k為速率常數(shù)，在某溫度下測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示：

CO濃度(mol/L)	H2濃度(mol/L)	逆反應(yīng)速率(mol·L-1·min-1)
0.1	c1	8.0
c2	c1	16.0
c2	0.15	6.75

由上述數(shù)據(jù)可得該溫度下，c2=_____，該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率常數(shù)k=____L3mol-3min-l。

(5)用甲醇可以制備甲胺(CH3NH2)，甲胺在水中的電離方程式與氨相似。25℃時(shí)，甲胺的電離常數(shù)Ka=9.25×10-7。該溫度下，反應(yīng)CH3NH2+H+CH3NH3+的平衡常數(shù)K= ___(填數(shù)值)。

Answer 1

【答案】+34.5 Ca(ClO)2 ＜ p3＜p2＜p1 4.17 0.2 1.0×104 9.25×107

【解析】

（1）由圖可知1molCH3OH分解為1molHCHO和1molH2需要吸收能量463 kJ/mol -379 kJ/mol =84 kJ/mol，所以圖示反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為i:CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g) H=84 kJ/mol，又已知ii: CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) H=-49.5kJ/mol，由i+ii可得方程式CO2(g)+2H2(g)=HCHO(g)+H2O(g)，根據(jù)蓋斯定律可知該反應(yīng)H=84 kJ·mol-1+（-49.5kJ/mol）=34.5 kJ/mol；

（2）分析圖像可知，水溫約為15℃時(shí).選擇Ca(ClO)2處理被甲醛污染的水源時(shí)，甲醛去除率更高；

（3）①據(jù)圖可知相同壓強(qiáng)下溫度越高CO的平衡轉(zhuǎn)化率越小，即溫度升高平衡逆向移動(dòng)，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以H<0，即a＜0；該反應(yīng)正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以相同溫度下壓強(qiáng)越大CO的平衡轉(zhuǎn)化率越大，所以p3＜p2＜p1；

②平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變則平衡常數(shù)不變，所以M點(diǎn)和N點(diǎn)平衡常數(shù)相等，M點(diǎn)CO的轉(zhuǎn)化為40%，初始投料為2.0mol/L的H2和CO，則列三段式有：

該反應(yīng)平衡常數(shù)；

（4）根據(jù)v逆=kc(CO)c3(H2)，由表中數(shù)據(jù)可得：c13=，c2=，所以有，解得k=1.0×104L3·mol-3·min-3，帶入c2的等式可得c2=0.2mol/L；

（5）甲胺在水中的電離方程式與氨相似，所以其電離方程式為CH3NH2+H2OCH3NH3++OH-，所以Ka=，反應(yīng)CH3NH2+H+CH3NH3+的平衡常數(shù)K==9.25×107。