Question

【题目】甲醇是最基本的有机化工原料之一。工业上可用二氧化碳和氢气反应来生产甲醇。

（1）已知气态甲醇的燃烧热为a kJ/mol，2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ΔH= -bkJ/mol；H2O(g)=H2O(l) ΔH= -ckJ/mol。 则CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH=_________。

（2）某温度下，在2 L密闭容器中，充入2.4 mol CO2和4.4 mol H2，发生合成甲醇的反应，测得甲醇的物质的量随时间的变化图像如图中的曲线I，则前4分钟ν(CO2)=__________；若在1 min时，改变某一反应条件，曲线I变为曲线II，则改变的条件为___________；该温度下反应的化学平衡常数为___________。

（3）在另一温度下发生合成甲醇的反应，如图关闭K，向A容器中充入1 mol CO2和4 mol H2，向B容器中充入1.2 mol CO2和4.8 mol H2，两容器分别发生上述反应。已知起始时容器A和B的体积均为a L，反应达到平衡时容器B的体积为0.9a L，维持其他条件不变，若打开K一段时间后重新达到平衡，容器B的体积为______L(不考虑温度的变化，P为可自由滑动活塞，不考虑活塞的摩擦力)。

（4）一定条件下甲醇可进一步氧化转化为甲酸。室温下，将amol/L的甲酸与bmol/L的NaOH溶液等体积混合，体系中存在c(Na+)=c(HCOO-)，试用含a和b的代数式表示甲酸的电离常数为_____________________。

Answer 1

【答案】a-3/2b-2c kJ/mol 0.1 mol·L-1·min-1 加入催化剂 0.2 0.65a b·10-7/(a-b)

【解析】

（1）根据题意，利用盖斯定律，求算CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH；

（2）根据图像，分析得出4分钟内，甲醇的浓度变化，进而求出二氧化碳的浓度变化，再求ν(CO2)；1min改变条件的结果是，速率加快，平衡时间缩短，平衡时c(CH3OH)没有改变，以此判断改变的条件，并计算平衡常数；

（3）打开K时AB组成的是等温等压容器，相应的起始投入总物质的量，与平衡总体积成正比；

（4）根据溶液中的电荷守恒，和c(Na+)=c(HCOO-)的关系，结合甲酸的电离方程式，求算甲酸的电力平衡常数。

（1）依据题给信息，①CH3OH(g)3/2O2(g)=CO2(g) 2H2O(l) ΔH=-akJ/mol， ②2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ΔH= -b kJ/mol；③H2O(g)=H2O(l) ΔH= -c kJ/mol，根据盖斯定律，3/2②3③-①可得：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH= a-3/2b-2c kJ/mol；

本题答案为：a-3/2b-2c kJ/mol。

（2）根据图像，分析得出4分钟内，甲醇的浓度变化，c(CH3OH)=0.4mol/L，依据则v(CH3OH)=0.4mol/L/4min=0.1mol/(L·min) ，由于速率之比等于计量数之比，所以ν(CO2)= v(CH3OH)= 0.1mol/(L·min)；1min时改变条件的结果是曲线I变为曲线II，速率加快，平衡时间缩短，平衡时c(CH3OH)没有改变，根据反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH= a-3/2b-2c kJ/mol，可知改变的条件是：加入催化剂；由图像可知，平衡时c(CH3OH)=0.4mol/L，,n(CH3OH)=0.4mol/L2L=0.8mol，c(H2O)=0.4mol/L，故由方程式可知：n(CO2)=0.8mol，平衡时c(CO2)=(2.4-0.8)/2=0.8mol/L，n(H2)=30.8mol=2.4mol，平衡时c(H2)=(4.4-2.4)/2=1mol/L，该温度下平衡常数K= c(CH3OH)·c(H2O)/ c(CO2)·c3(H2)=0.2

本题答案为：0.1 mol·L-1·min-1 ； 加入催化剂 ；0.2 。

（3）打开K时AB组成的是等温等压容器，相应的起始投入总物质的量，与平衡总体积成正比，设打开K重新达到平衡，总体积为x，则有：x:(56)=0.9a：6，解得x=1.65a，因为起始时A的体积为aL，所以重新平衡时B的体积为：1.65a-a=0.65aL；

本题答案为：0.65a。

（4）根据溶液中的电荷守恒：c(Na+)c(H+)=c(HCOO-)c(OH-),而体系中c(Na+)=c(HCOO-)，故c(H+)= c(OH-)=110-7mol/L，c(Na+)=c(HCOO-)=b/2mol/L，反应后溶液中剩余c(HCOOH)=(a/2-b/2)mol/L，依据HCOOHHCOO-H+,所以甲酸的电离平衡常数为Ka=c(HCOO-)c(H+)/c(HCOOH)== b·10-7/(a-b)；

本题答案为：b·10-7/(a-b)。