题目内容

14.甲醇是一种重要的化工原料,在生产中有着重要的应用.工业用甲烷氧化法合成甲醇的反应有:
①CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)△H=+247.3kJ•mol-1
②CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=-90.1kJ•mol-1
③2CO(g)+O2(g)═2CO2 (g)△H=-566.0kJ•mol-1
(1)用CH4和O2直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ•mol-1
(2)某温度下,向4L恒容密闭容器中通入6mol CO2和6mol CH4,发生反应①,平衡体系中各组分的体积分数均为$\frac{1}{4}$,则此温度下该反应的平衡常数K=1,CH4的转化率为33.3%.
(3)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,其反应的热化学方程式为:
CH3OH(g)+CO(g)═HCOOCH3(g)△H=-29.1kJ•mol-1
科研人员对该反应进行了研究,部分研究结果如下:

①从反应压强对甲醇转化率的影响效率看,工业制取甲酸甲酯应选择的压强是4.0×106Pa.
(填“3.5×106Pa”“4.0×106 Pa”或“5.0×106 Pa”).
②实际工业生产中采用的温度是80℃,其理由是高于80℃时,温度对反应速率影响较小,且反应放热,升高温度时平衡逆向移动,转化率降低.
(4)工业上常用CH3OH来制备HCOOH.已知25℃时0.1mol/L的HCOOH溶液和0.1mol/L的CH3COOH溶液的pH分别为2.3和2.9.现有同物质的量浓度的下列三种溶液:
①HCOONa溶液  ②CH3COONa溶液  ③NaCl溶液,其pH由大到小顺序为:②>①>③(填溶液序号).
②向0.1mol/L的HCOOH溶液中加水或加入少量HCOONa晶体时,都会引起变化的是a.
a.溶液的pH增大b.HCOOH的电离程度增大
c.溶液的导电能力减弱d.溶液中c(OH-)减小.

分析 (1)根据盖斯定律计算书写热化学方程式;
(2)根据平衡体系中各组分的体积分数均为$\frac{1}{4}$,利用三段式计算出平衡时各组分的含量,计算平衡常数和转化率;
(3)①依据转化率曲线分析判断;
②图象分析速率随温度变化的趋势分析回答;
(4)①盐对应的酸越弱,对应盐水解程度越大,碱性越强,pH值越大;
②向0.1mol/L的HCOOH溶液中加水或加入少量HCOONa晶体时,HCOO-离子浓度变大,电离解平衡逆向移动.

解答 解:(1)根据(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H1=+247.3kJ•mol-1
(Ⅱ)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2=-90.1kJ•mol-1
(Ⅲ)2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)△H3=-566.0kJ•mol-1
由(Ⅰ)×2+(Ⅱ)×2+(Ⅲ)得2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H,故△H=2△H1+2△H2+△H3=(+247.3kJ•mol-1)×2+(-90.1kJ•mol-1)×2+(-566.0kJ•mol-1)=-251.6kJ•mol-1,所以用CH4和O2直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ•mol-1,
故答案为:2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ•mol-1;
(2)CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)
起始(mol) 6       6         0       0
变化(mol) x       x         2x      2x
平衡(mol)6-x     6-x         2x     2x
平衡体系中各组分的体积分数均为$\frac{1}{4}$,所以6-x=2x,解得x=2,
则此温度下该反应的平衡常数X=$\frac{{c}^{2}(CO)•{c}^{2}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})•c(C{O}_{2})}$=$\frac{{1}^{2}×{1}^{2}}{1×1}$=1,
CH4的转化率为$\frac{2}{6}$×100%=33.3%,
故答案为:1;33.3%;
(3)①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率“看,图象中转化率变化最大的是4.0×106Pa,故答案为:4.0×106Pa;
②依据图象分析温度在高于80°C对反应速率影响不大,反应是放热反应,温度过高,平衡逆向进行,不利于转化率增大,
故答案为:高于80℃时,温度对反应速率影响较小,且反应放热,升高温度时平衡逆向移动,转化率降低;
(4)①盐对应的酸越弱,对应盐水解程度越大,碱性越强,pH值越大,已知25℃时0.1mol/L的HCOOH溶液和0.1mol/L的CH3COOH溶液的pH分别为2.3和2.9,所以HCOOH的酸性强于CH3COOH,所以pH由大到小顺序为②>①>③,故答案为:②>①>③;
②向0.1mol/L的HCOOH溶液中加水或加入少量HCOONa晶体时,HCOO-离子浓度变大,电离平衡逆向移动,
a.电离平衡逆向移动,溶液的pH增大,故正确;
b.电离平衡逆向移动,HCOOH的电离程度减小,故错误;
c.离子浓度变大,溶液的导电能力增强,故错误;
d.电离平衡逆向移动,氢离子浓度减小,溶液中c(OH-)增大,故错误;
故选a.

点评 本题考查了盖斯定律的应用、热化学方程式的计算书写、化学平衡的计算、图象分析判断以及弱电解质电离,侧重考查外界条件改变对电离平衡的影响,注意掌握基础知识的掌握,题目难度中等.

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