Question

【题目】大气中CO2含量的增加会加剧温室效应，为减少其排放，需将工业生产中产生的CO2分离出来进行储存和利用。

(1)CO2溶于水生成碳酸，碳酸和亚硝酸(HNO2)的电离常数如下表所示，下列事实中，能说明亚硝酸酸性比碳酸强的是(填字母代号)____________。

弱酸	HNO2	H2CO3
电离常数	Ka=5.1×10-4	Ka1=4.6×10-7
		Ka2=5.6×10-11

A 常温下，亚硝酸电离常数比碳酸一级电离常数大

B 亚硝酸的氧化性比碳酸的氧化性强

C 亚硝酸与碳酸钠反应生成CO2

D 相同浓度的碳酸钠溶液的pH比亚硝酸钠的大

(2).CO2与NH3反应可合成尿素[化学式为CO(NH2)2]，反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(1)+H2O(g)在合成塔中进行，图中Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三条曲线分别表示温度为T℃时，按不同氨碳比和水碳比投料时，二氧化碳平衡转化率的情况。

①曲线Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ中水碳比的数值分别为0.6～0.7，1～1.1，1.5～1.6，则生产中应选用的水碳比数值范围是____________。

②推测生产中氨碳比应控制在____________(选填“4.0”或“4.5”)左右比较适宜。

③若曲线Ⅱ中水碳比为1，初始时CO2的浓度为1mol/L，则T℃时该反应的平衡常数K=____________(保留有数数字至小数点后两位)。

(3)以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化为乙酸，请写出该反应的化学方程式：____________。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图所示。在温度为____________时，催化剂的活性最好，效率最高。请解释图中250～400℃时乙酸生成速率变化的原因：250～300℃时____________；300～400℃时____________。

Answer 1

【答案】AC 0.6～0.7 4.0 0.59 250℃ 催化剂效率下降是影响乙酸生成速率的主要原因 温度升高是影响乙酸生成速率的主要原因

【解析】

（1）A、相同条件下，酸的电离平衡常数越大，酸性越强，根据表中数据，HNO2的电离平衡常数大于碳酸的一级电离常数，说明HNO2的酸性强于H2CO3，故A符合题意；

B、氧化性强弱与酸性强弱无关，故B不符合题意；

C、利用酸性强的制取酸性弱的，亚硝酸与碳酸钠反应生成CO2，说明亚硝酸的酸性强于碳酸，故C符合题意；

D、利用越弱越水解，Na2CO3对应的是HCO3－，NaNO2对应的是HNO2，相同浓度碳酸钠溶液的pH比亚硝酸的大，说明HCO3－电离出H＋能力弱于HNO2，不能说明HNO2和H2CO3的酸性强弱，故D不符合题意；

（2）①氨碳比相同时，曲线I的CO2的转化率大，因此生产中选用水碳比数值范围是0.6～0.7；

②氨碳比在4.5时，需要氨气较多，根据图像分析，CO2的转化率增大不多，提高生产成本，所以氨碳比控制在4.0左右；

③曲线Ⅱ中水碳比为1，初始时CO2浓度为1mol·L－1，则c(H2O)=1mol·L－1，氨碳比为4时，CO2的转化率为63%，c(NH3)=4mol·L－1，则

2NH3＋CO2CO(NH2)2＋H2O，

起始： 4 1 1

变化： 1.26 0.63 0.63

平衡： 2.74 0.37 1.63

平衡常数K=≈0.59；

（3）CO2和CH4发生反应：CO2＋CH4CH3COOH；根据图像，当温度为250℃时，乙酸的生成速率最大，催化剂的催化效率最大；在250℃～300℃过程中，催化剂是影响速率的主要因素，因此催化效率的降低，导致反应速率也降低；而在300℃～400℃时催化效率低且变化程度小，但反应速率增加较明显，因此该过程中温度是影响速率的主要因素，温度越高，反应速率越大。