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) △H1=+85.2kJ/mol

反应II：CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g) △H2

反应III：2H2(g)+O2(g)2H2O(g) △H3=-483.6kJ/mol

(1)计算反应Ⅱ的反应热△H2=_____________________________。

(2)750K下，在恒容密闭容器中，发生反应CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g），若起始压强为P0，达到平衡转化率为α，则平衡时的总压强P平=___________(用含P0和α的式子表示)；当P0=101kPa，测得α=50.0%，计算反应平衡常数Kp=___________kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，忽略其它反应)。

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) △H＝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。

①若某次捕捉后得到pH＝10的溶液，则溶液中c(CO32-)：c(HCO3-)=_____[常温下K1(H2CO3)=4.4×10﹣7、K2(H2CO3)=5×10﹣11]。

②欲用5L Na2CO3溶液将23.3g BaSO4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)=1×10﹣7、Ksp(BaCO3)=2.5×10﹣6]。(忽略溶液体积积的变化)

Answer 1

【答案】-156.6kJ/mol P0(1+α) 50.5 > < KA>KB＝KC 1：2 0.52mol/L

【解析】

(1)根据盖斯定律，反应I+反应III得反应Ⅱ，据此计算△H2；

(2)根据恒容时气体的压强比等于气体的物质的量的比计算平衡时的压强；根据平衡常数表达式计算其平衡常数；

(3)①当其他条件一定时，充入的H2量越多，CO2转化率越高，对应的X越大，则X1＞X2；在其它条件不变时，结合图象可知：温度升高，CO2的转化率降低，可推知该反应的正反应是放热反应，据此进行分析；

②结合图象可知该反应正反应为放热反应，则温度升高，化学平衡常数将减小，而且化学平衡常数只与温度有关；

(4)①由题意pH=10，可计算c(H+)=1×10-10mol/L，由HCO3-CO32-+H+可得：Ka2==5×10﹣11，所以=1：2；

②设至少需要物质的量浓度为xmol/L的Na2CO3溶液，当BaSO4完全溶解后，23.3g BaSO4的物质的量为n(BaSO4)= 23.3g÷233g/mol=0.1mol，所得5L溶液中c(SO42-)=0.1mol ÷5L=0.02mol/L，此时溶液中c(CO32-)=(x-0.02)mol/L，由BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-可知，此反应的化学平衡常数K==0.04=，据此进行计算。

(1)I+×III，整理可得CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g) △H2=△H1+×△H3=-156.6kJ/mol；

(2)根据在恒容时气体的压强比等于气体的物质的量的比计算平衡时的压强。若起始压强为P0，达到平衡转化率为α，

CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)

起始(mol) 1 0 0

变化(mol) a a a

平衡(mol) 1-a a a

压强之比等于物质的量之比，则p0：P平=1(1+a)，P平=p0(1+a)。当P0=101kPa，测得α=50.0%，该反应平衡常数Kp==50.5 kPa；

(3)①当其他条件一定时，充入的H2量越多，CO2转化率越高，对应的X越大，则X1>X2；在其它条件不变时，结合图象可知：温度升高，CO2的转化率降低，可推知该反应的正反应是放热反应，则Q＜0；

②结合图象可知该反应的正反应为放热反应。温度升高，平衡逆向移动，该反应的化学平衡常数减小；而且化学平衡常数只与温度有关，根据图象知A点的温度低于B、C两点，而且B、C两点温度相同，则三点对应的平衡常数的大小关系为：KA>KB=KC；

(4)①)①由题意pH=10，可计算c(H+)=1×10-10mol/L，由HCO3-CO32-+H+可得：Ka2==5×10﹣11，所以=1：2；

②设至少需要物质的量浓度为xmol/L的Na2CO3溶液，当BaSO4完全溶解后，23.3g BaSO4的物质的量为n(BaSO4)= 23.3g÷233g/mol=0.1mol，所得5L溶液中c(SO42-)=0.1mol ÷5L=0.02mol/L，此时溶液中c(CO32-)=(x-0.02)mol/L，由BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-可知，此反应的化学平衡常数K==0.04=；

②设至少需要物质的量浓度为xmol/L的Na2CO3溶液，当BaSO4完全溶解后，所得5L溶液中c（SO42-）=0.02mol/L，此时溶液中c(CO32-)=(x-0.02)mol/L，由BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-可知，此反应的化学平衡常数K==0.04=，解得x=0.52mol/L。