Question

6．目前，CO、CO₂的有效开发利用成为科学家研究的重要课题．

Ⅰ．CO可用于合成甲醇
（1）已知：CO、H₂、CH₃OH（g）的燃烧热分别为-283kJ•mol^-1、-285.8kJ•mol^-1、-764.5kJ•mol^-1，则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的△H=-90.1kJ•mol^-1．
（2）将1molCO和2molH₂充入密闭容器中发生上述反应．气体条件相同时，CO的平衡转化率[α（CO）]与压强（p）和温度（T）的关系如图1所示．
①A、B两点CH₃OH的质量分数ω（A）＞ω（B）（填“＞”、“＜”或“=”），理由为A点温度低于B点，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动．
②C、D两点的逆反应速率：v_正（C）＞v_逆（D）（填“＞”、“＜”或“=”），理由为该反应为有气体参与的反应，C点压强大于D点，增大压强，反应速率越快．
③200℃时，测得E的容器容积为10L．该温度下，反应的平衡常数K=2500；保持温度和容积不变，再向容器中充入1molCO、1molH₂和xmolCH₃OH时，若使v_正＞v_逆，则x的取值范围为0＜x＜58．
Ⅱ．CO₂的综合利用
（3）CO₂转化为甲醇有广泛应用前景．T℃时，在容积为1L的恒容密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，其它条件不变，下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是B（填选项字母）．
A．升高温度    B．再充入1molCH₃OH（g）和1molH₂O（g）   C．加入催化剂    D．再充入一定量CO₂
（4）CO₂可转化为碳酸盐，其中Na₂CO₃是一种用途广泛的碳酸盐．
已知：25℃时，几种酸的电离平衡常数如下表所示．

H2CO3	H2C2O4	HNO2	HClO
K1=4.4×10-7 K2=4.7×10-11	K1=5.4×10-2 K2=5.3×10-5	K=7.2×10-4	K=2.9×10-8

25℃时，向一定浓度的Na₂CO₃溶液中分别滴入等物质的量浓度的下列溶液至过量：①NaHC₂O₄②HNO₃③HClO，溶液中的n（HCO₃^-）与所加入溶液体积（V）的关系如图2所示．其中，符合曲线Ⅰ的溶液为①②（填序号，下同）；符合曲线Ⅱ的溶液为③．

Answer 1

分析 I．（1）由CO、H₂、CH₃OH（g）的燃烧热可得热化学方程式：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
③CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，①+2×②-③可得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
（2）①A点温度低于B点，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动；
②该反应为有气体参与的反应，增大压强，反应速率越快；
③E点CO转化率为80%，计算平衡时各组分浓度，再根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算平衡常数；若使v_正＞v_逆，反应正向进行，则浓度商Qc＜K；
Ⅱ．（3）A．正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动；
B．再充入1molCH₃OH（g）和1molH₂O（g），等效为在原平衡基础上增大压强；
C．加入催化剂不影响平衡移动；
D．$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$=K×$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，再充入一定量CO₂，平衡正向移动，氢气浓度减小、水蒸气浓度增大；
（4）由电离平衡常数可知，酸性：H₂C₂O₄＞HNO₂＞HC₂O₄^-＞HClO＞HCO₃^-，根据强酸制备弱酸，可知H₂C₂O₄、HNO₂能与碳酸钠反应生成二氧化碳，而HClO与碳酸钠反应只能得到碳酸氢钠．

解答 解：I．（1）由CO、H₂、CH₃OH（g）的燃烧热可得热化学方程式：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
③CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，①+2×②-③可得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），故△H=-283.0kJ•mol^-1+2×（-285.8kJ•mol^-1 ）-（-764.5kJ•mol^-1 ）=-90.1kJ•mol^-1，
故答案为：-90.1kJ•mol^-1；
（2）①A点温度低于B点，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，故CH₃OH的质量分数ω（A）＞ω（B），
故答案为：＞；A点温度低于B点，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动；
②该反应为有气体参与的反应，C点压强大于D点，增大压强，反应速率越快，逆反应速率：v_正（C）＞v_逆（D），
故答案为：＞；该反应为有气体参与的反应，C点压强大于D点，增大压强，反应速率越快；
③E点CO转化率为80%，转化的CO为0.8mol，则：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：1       2         0
变化量（mol）：0.8     1.6       0.8
平衡量（mol）：0.2     0.4       0.8
容器体积为10L，则平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.8}{10}}{\frac{0.2}{10}×（\frac{0.4}{10}）^{2}}$=2500，
保持温度和容积不变，再向容器中充入1molCO、1molH₂和xmolCH₃OH时，若使v_正＞v_逆，反应正向进行，则浓度商Qc=$\frac{\frac{0.8+x}{10}}{\frac{1+0.2}{10}×（\frac{1+0.4}{10}）^{2}}$＜2500，解得x＜58，故0＜x＜58
故答案为：2500；0＜x＜58；
Ⅱ．（3）A．正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$减小，故A错误；
B．再充入1molCH₃OH（g）和1molH₂O（g），等效为在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故B正确；
C．加入催化剂可以加快反应速率，不影响平衡移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不变，故C错误；
D.$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$=K×$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，再充入一定量CO₂，平衡正向移动，氢气浓度减小、水蒸气浓度增大，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$减小，故D错误，
故选：B；
（4）由电离平衡常数可知，酸性：H₂C₂O₄＞HNO₂＞HC₂O₄^-＞HClO＞HCO₃^-，根据强酸制备弱酸，可知H₂C₂O₄、HNO₂能与碳酸钠反应生成二氧化碳，开始加入的酸较小，反应生成碳酸氢盐，溶液中碳酸氢根增大，全部转化为碳酸氢钠时，再滴加酸又转化为二氧化碳，符合曲线Ⅰ，而HClO与碳酸钠反应只能得到碳酸氢钠，符合曲线Ⅱ，
故答案为：①②；③．

点评 本题考查比较综合，涉及反应热计算、化学平衡图象与影响因素、平衡常数计算及应用、电离平衡常数等，侧重考查学生信息获取与知识迁移运用，难度中等．