Question

17．甲酸及其盐具有强还原性，能发生银镜反应，甲酸是唯一能和烯烃发生加 成反应的羧酸，25℃时甲酸的电离常数为2.1×10^-4．

（1）利用光催化制甲酸原理如图一1所示：
①该装置能量转化方式为光能转化为化学能和电能．②电极a上发生的电极反应式为CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．
（2）另一种制取甲酸的机理如图2所示，Ru（OH）₂在反应中的作用为催化剂，该制备反应的化学方程式为CO₂+H₂ $\frac{\underline{\;R（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH．
（3）甲酸也可由甲醇氧化制取．在催化剂作用下，C0可用于合成甲醇：CO（g）+2H₂ （g）═CH₃0H（g）．在恒温条件下，向2L的密闭定容容器中充入1mol CO和2molH₂合成甲醇．
①判断达到平衡状态的标志是ac（填字母）．
a．CO体积分数保持不变
b．CO和CH₃OH浓度相等
c．容器中气体的压强不变
d．CH₃OH的生成速率与CO消耗速率相等
e．容器中混合气体的密度保持不变
②经过5min达到平衡，此时CO的转化率为50%，则从开始到平衡，H₂的平均反应速率为0.1mol/（L•min）；平衡后保持原条件不变，再向容器中加入1mol CH₃OH（g），平衡向逆向（填“正向”或“逆向”）移动．达新平衡后CO体积分数与原平衡相比减小（填“增大”或“减小”）．
（4）甲酸常温下可与银氨溶液发生银镜反应，同时有NH₄HCO₃生成，该反应的离子方程式为HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+HCO₃^-+NH₄⁺+3NH₃+H₂O．
（5）25℃甲酸与醋酸钠溶液反应：HCOOH+CH₃COO^-=HCOO^-+CH₃COOH₂，该反应的平衡常数为12，则该温度下醋酸的电离常为：K．（CH₃COOH）=1.75×10^-5．

Answer 1

分析 （1）①该装置能量转化方式为光能转化为化学能和电能；
②电极a上发生还原反应，其电极反应为CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
（2）由图2可知，Ru（OH）₂在反应中的作用为催化剂，反应的化学方程式为：CO₂+H₂$\frac{\underline{\;R（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH；
（3）①根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
②经过5min达到平衡，此时CO的转化率为50%，结合化学平衡三行计算列式计算得到反应速率，平衡后保持原条件不变，再向容器中加入1mol CH₃OH（g），平衡逆向进行，
（4）甲酸与丙烯加成生成甲酸酯，主要产物的结构简式为HCOOCH（CH₃）₂；甲酸常温下可与银氨溶液发生银镜反应，同时有（NH₄HCO₃生成，该反应的离子方程式为HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+HCO₃^-+NH₄⁺+3NH₃+H₂O；
（5）25℃甲酸与醋酸钠溶液反应：HCOOH+CH₃COO^-?HCOO^-+CH₃COOH，该反应的平衡常数为12，即$\frac{c（C{H}_{3}COOH）c（HCO{O}^{-}）}{c（HCOOH）c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=$\frac{Ka（HCOOH）}{Ka（C{H}_{3}COOH）}$12；

解答 解：（1）①该装置能量转化方式为光能转化为化学能和电能，
故答案为：光能转化为化学能和电能；
②电极a上发生还原反应，其电极反应为CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，
故答案为：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
（2）由图2可知，Ru（OH）₂在反应中的作用为催化剂，反应的化学方程式为：CO₂+H₂$\frac{\underline{\;R（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH，
故答案为：催化剂；CO₂+H₂$\frac{\underline{\;R（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH；
（3）CO（g）+2H₂ （g）═CH₃OH（g）．
①a．CO体积分数保持不变是平衡标志，故a正确；
b．CO和CH₃OH浓度相等不能说明正逆反应速率相同，故b错误；
c．反应前后气体物质的量变化，容器中气体的压强不变说明反应达到平衡状态，故c正确；
d．CH₃OH的生成速率与CO消耗速率相等，说明反应正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故d错误；
e．反应前后气体质量和体积不变，容器中混合气体的密度始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故e错误；
故答案为：ac；
②在恒温条件下，向2L的密闭定容容器中充入1mol CO和2molH₂合成甲醇，经过5min达到平衡，此时CO的转化率为50%，
                       CO（g）+2H₂ （g）═CH₃OH（g）．
起始量（mol） 1              2                 0
变化量（mol） 0.5           1                  0.5
平衡量（mol） 0.5           1                  0.5
则从开始到平衡，H₂的平均反应速率=$\frac{\frac{1mol}{2L}}{5min}$=0.1mol/（L•min），
平衡后保持原条件不变，再向容器中加入1mol CH₃OH（g），平衡向逆向进行，加入1mol甲醇和通入1mol一氧化碳、2mol氢气达到相同平衡状态，所以加入1mol甲醇相当于给平衡体系增大压强，一氧化碳转化率增大，达新平衡后CO体积分数与原平衡相比减小
故答案为：0.1mol/（L•min）；逆向；减小；
（4）甲酸与丙烯加成生成甲酸酯，主要产物的结构简式为HCOOCH（CH₃）₂；甲酸常温下可与银氨溶液发生银镜反应，同时有（NH₄HCO₃生成，该反应的离子方程式为：HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+HCO₃^-+NH₄⁺+3NH₃+H₂O，
故答案为：HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+HCO₃^-+NH₄⁺+3NH₃+H₂O；
（5）25℃甲酸与醋酸钠溶液反应：HCOOH+CH₃COO^-?HCOO^-+CH₃COOH，该反应的平衡常数为12，即$\frac{c（C{H}_{3}COOH）c（HCO{O}^{-}）}{c（HCOOH）c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=$\frac{Ka（HCOOH）}{Ka（C{H}_{3}COOH）}$=12，也就是：$\frac{2.1×1{0}^{-4}}{Ka}$=12，则该温度下醋酸的电离常数为：K_a（CH₃COOH）=1.75×10^-5，
故答案为：1.75×10^-5．

点评 本题比较综合，涉及电化学、平衡常数影响因素及应用、氧化还原反应计算、电极反应式书写、电离平衡常数应用等，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．