Question

【题目】I．甲醛在木材加工、医药等方面有重要用途。甲醇直接脱氢是工业上合成甲醛的新方法，制备过程涉及的主要反应如下：

反应I：CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g) ΔH1=+85.2kJ/mol

反应II：CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g) ΔH2

反应III：2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3=—483.6kJ/mol

（1）计算反应Ⅱ的反应热ΔH2=__________________。

（2）肌肉中的肌红蛋白(Mb)可与O2结合生成MbO2：Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)，其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数，即υ正=k正·c(Mb)·P(O2)，υ逆=k逆·c(MbO2)。37℃时测得肌红蛋白的结合度(α)与P(O2)的关系如下表[结合度(α)指已与O2结合的肌红蛋白占总肌红蛋白的百分比]：

①计算37℃、P(O2)为2.00kPa时，上述反应的平衡常数K=_______。

P(O2)	0.50	1.00	2.00	3.00	4.00	5．00	6.00
α（MbO2%）	50.0	67.0	80.0	85.0	88.0	90.3	91.0

②导出平衡时肌红蛋白与O2的结合度(α)与O2的压强[P(O2)]之间的关系式α=_______(用含有k正、k逆的式子表示)。

II．CO2既是温室气体，也是重要的化工原料，以CO2为原料可合成多种有机物。

（3）CO2用于生产乙烯，已知：2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g) + 4H2O(g) ΔH＝QkJ/mol。一定条件下， 按不同的投料比X[X＝]向某容积可变的恒压密闭容器中充入CO2、H2，测得不同投料比时CO2的转化率与温度的关系如图所示。

①X1______X2（填“＞”或“＜”，后同），Q______0。

②图中A、B、C三点对应的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为______。

（4）常温下，用NaOH溶液作CO2捕捉剂不仅可以降低碳排放，而且可得到重要的化工产品Na2CO3和NaHCO3。

①已知25℃时0.1mol / L的NaHCO3溶液的pH=8.3，试通过计算确定溶液中各离子浓度由大到小的顺序为_____[已知：常温下H2CO3的电离常数Ka1= 4.4×107、Ka2 = 5×1011 ]。

②欲用5LNa2CO3溶液将23.3gBaSO4固体全都转化为BaCO3，则所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为____。

[已知：常温下Ksp(BaSO4)=1×107、Ksp(BaCO3)=2.5×106 ]。(忽略溶液体积的变化)

Answer 1

【答案】-156.6kJ/mol 2.00 > < KA>KB＝KC c（Na+）>c（HCO3-）>c（CO32-）>c（OH-）>c（H+） 0.52mol/L

【解析】

I.（1）根据盖斯定律求算。

（2）利用题给的反应式，当平衡时正、逆反应速率相等，而得出平衡常数表达式。再利用结合度的定义进行推导；

II.（3）①增大某一种反应物的用量，必然提高其它反应物的转化率；温度升高，反应物的转化率降低，说明正向是放热的；

②平衡常数是温度的函数；

（4）通过所给的电离平衡常数的数据来判断c(CO32-)与c(OH-)的相对大小；通过所给的溶度积数据和平衡常数定义式进行推导即可。

I.(1)根据盖斯定律，反应II的反应热△H2=△H1+△H3=-241.8kJ/mol+85.2kJ/mol=-156.6kJ/mol；

(2)根据所给表格中的数据可知，37℃、P(O2)=2.00kPa时，α(MbO2%)=80.0。根据反应式Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq)并由结合度的定义可知，反应达到平衡时，反应生成的MbO2和未反应的Mb的物质的量浓度之比为4：1，。当达到平衡时，正、逆反应速率相等，即k正c(Mb)·P(O2)=k逆c(MbO2)可得平衡常数；

②据上述推导可得平衡常数，变形得，代入结合度的定义有：α==；

II.(3)①X=，X越大，表明相对CO2来说，H2的投入料越多，而CO2的转化率就越大，所以X1>X2；从图中可以看出，随着温度的升高，CO2的转化率降低，说明升温平衡左移，该反应正向是放热反应，即Q<0；

②B和C点对应的温度相同，所以平衡常数相同，C点相对于A点是升高温度，由于正向是放热反应，所以升高温度平衡常数将减小，所以A、B、C三点的平衡常数的大小关系为：KA>KB=KC；

(4)①0.1mol/LNaHCO3溶液的pH=8.3，可初步得出溶液中离子浓度大小关系为：c(Na+)>c(HCO3-)>c(OH-)>(H+)，再计算确定c(CO32-)和c(OH-)的相对大小。据pH=8.3可知c(OH-)=10-5.7mol/L；据，计算可得c(CO32-)=5×10-3.7mol/L>c(OH-)，所以溶液中离子浓度的大小顺序为：c(Na+)>c(HCO3-)> c(CO32-)>c(OH-)>(H+)；

②设固体全部转化时至少需要Na2CO3溶液的物质的量浓度为x，当BaSO4完全溶解后，所得5L溶液中c(SO42-)=÷5L=0.02mol/L，此时溶液中的c(CO32-)=(x-0.02)mol/L，由BaSO4(s)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)可知，此反应的平衡常数，解得x=0.52mol/L；