Question

【题目】充分利用碳的氧化物合成化工原料，既可以减少环境污染和温室效应，又能变废为宝。

Ⅰ．CO2的综合利用是解决温室效应及能源问题的有效途径。

(1)O2和H2在催化剂存在下可发生反应生成CH3OH。已知CH3OH、H2的燃烧热分别为△H1=-akJ·mol-1、△H2=-bkJ·mol-1，且1mol水蒸气转化为液态水时放出ckJ的热量。

则CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=___________kJ·mol-1。

(2)对于CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)．控制CO2和H2初始投料比为1∶3时，温度对CO2平衡转化率及甲醇产率的影响如图所示。由图可知获取CH3OH最适宜的温度是___________，下列有利于提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率的措施是___________。

A．使用催化剂 B．增大体系压强

C．增大CO2和H2的初始投料比 D．投料比不变和容器体积不变，增加反应物的浓度

Ⅱ．CO是合成尿素、甲酸的原料。

(3)合成尿素的反应：2NH3(g)+CO(g)CO(NH2)2(g)+H2(g)△H=-81.0kJ·mol-1。

①T℃时，在体积为2L的恒容密闭容器中，将2molNH3和1molCO混合发生反应，5min时，NH3的转化率为80%。则0～5min内的平均反应速率为v(CO)=___________。

②已知：

温度/K	398	498	…
平衡常数/K	126.5	K1	…

则：K1___________126.5(填“＞”或“<”);其判断理由是___________。

(4)通过人工光合作用可将CO转化成HCOOH。

①已知常温下，浓度均为0.1mol·L-1的HCOOH和HCOONa混合溶液pH=3.7,则HCOOH的电离常数Ka的值为___________ (已知lg2=0.3)。

②用电化学可消除HCOOH对水质造成的污染，其原理是电解CoSO4、稀硫酸和HCOOH混合溶液，用电解产生的Co3+将HCOOH氧化成CO2。Co3+氧化HCOOH的离子方程式为___________;忽略体积变化，电解前后Co2+的浓度将___________ (填“增大”“减小”或“不变”)。

Answer 1

【答案】 a-3b+c 250℃ BD 0.08mol·L-1·min-1 < 合成尿素的反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,K减小 2×10-4 2Co3++HCOOH=CO2↑+2Co2++2H+ 不变

【解析】 (1)已知CH3OH、H2的燃烧热分别为△H1=-akJ·mol-1、△H2=-bkJ·mol-1，且1mol水蒸气转化为液态水时放出ckJ的热量。则①CH3OH（g）+O2（g） CO2（g）+2H2O（l）△H1=-akJ/mol，②H2(g) +O2（g）=H2O(l)△H=-bkJ/mol，③H2O(g)= H2O(l) △H=-ckJ/mol，根据盖斯定律，将②×3-①-③得：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H= （a-3b+c）kJ/mol，故答案为：a-3b+c；

(2)根据图像，在250℃时，甲醇的产率较高，获取CH3OH最适宜的温度是250℃；A．使用催化剂，平衡不移动，不能提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率，错误；B．增大体系压强，平衡正向移动，有利于提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率，正确；C．增大CO2和H2的初始投料比，可以提高氢气的转化率，但二氧化碳的转化率减小，错误；D．投料比不变和容器体积不变，增加反应物的浓度，平衡正向移动，可以提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率，正确；故选BD，故答案为：250℃；BD；

（3）①5min时，NH3的转化率为80%，则0-5min时，NH3的转化量为△c==0.8mol/L，则NH3的消耗速率为v（NH3）===0.16mol/（Lmin），根据化学反应速率之比等于化学计量数之比，则CO的消耗速率为v（CO）=v（NH3）=0.08mol/（Lmin），故答案为：0.08mol/（Lmin）；

②反应为放热反应，温度升高不利于反应正向进行，正反应进行程度随温度的升高而降低，所以K1＜126.5，判断理由是：合成尿素的反应为放热反应，温度升高，平衡逆移，K减小，故答案为：＜；合成尿素的反应为放热反应，温度升高，平衡逆移，K减小；

（4）①浓度均为0.1mol/L的HCOOH和HCOONa混合溶液pH=3.7，溶液中平衡时c（HCOOH）=c（HCOO-），c（H+）=10-3.7mol/L，所以HCOOH的电离常数Ka==10-3.7=2×10-4，故答案为：2×10-4；

②用电化学可消除HCOOH对水质造成的污染的原理为电解CoSO4、稀硫酸和HCOOH的混合溶液，将Co2+氧化为Co3+，Co3+再将HCOOH氧化成CO2，电解池中该电极上发生失电子的氧化反应，电极反应为：Co2+-e-═Co3+，Co3+氧化HCOOH生成二氧化碳，反应的离子方程式为2Co3++HCOOH=CO2↑+2Co2++2H+，忽略体积变化，电解前后Co2+的浓度不发生变化，故答案为：2Co3++HCOOH=CO2↑+2Co2++2H+；不变。