Question

6．目前，CO、CO₂的有效開發利用成為科學家研究的重要課題．

Ⅰ．CO可用于合成甲醇
（1）已知：CO、H₂、CH₃OH（g）的燃燒熱分別為-283kJ•mol^-1、-285.8kJ•mol^-1、-764.5kJ•mol^-1，則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的△H=-90.1kJ•mol^-1．
（2）將1molCO和2molH₂充入密閉容器中發生上述反應．氣體條件相同時，CO的平衡轉化率[α（CO）]與壓強（p）和溫度（T）的關系如圖1所示．
①A、B兩點CH₃OH的質量分數ω（A）＞ω（B）（填“＞”、“＜”或“=”），理由為A點溫度低于B點，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動．
②C、D兩點的逆反應速率：v_正（C）＞v_逆（D）（填“＞”、“＜”或“=”），理由為該反應為有氣體參與的反應，C點壓強大于D點，增大壓強，反應速率越快．
③200℃時，測得E的容器容積為10L．該溫度下，反應的平衡常數K=2500；保持溫度和容積不變，再向容器中充入1molCO、1molH₂和xmolCH₃OH時，若使v_正＞v_逆，則x的取值范圍為0＜x＜58．
Ⅱ．CO₂的綜合利用
（3）CO₂轉化為甲醇有廣泛應用前景．T℃時，在容積為1L的恒容密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，其它條件不變，下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是B（填選項字母）．
A．升高溫度    B．再充入1molCH₃OH（g）和1molH₂O（g）   C．加入催化劑    D．再充入一定量CO₂
（4）CO₂可轉化為碳酸鹽，其中Na₂CO₃是一種用途廣泛的碳酸鹽．
已知：25℃時，幾種酸的電離平衡常數如下表所示．

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℃時，向一定濃度的Na₂CO₃溶液中分別滴入等物質的量濃度的下列溶液至過量：①NaHC₂O₄②HNO₃③HClO，溶液中的n（HCO₃^-）與所加入溶液體積（V）的關系如圖2所示．其中，符合曲線Ⅰ的溶液為①②（填序號，下同）；符合曲線Ⅱ的溶液為③．

Answer 1

分析 I．（1）由CO、H₂、CH₃OH（g）的燃燒熱可得熱化學方程式：
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
由蓋斯定律可知，①+2×②-③可得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
（2）①A點溫度低于B點，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動；
②該反應為有氣體參與的反應，增大壓強，反應速率越快；
③E點CO轉化率為80%，計算平衡時各組分濃度，再根據K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數；若使v_正＞v_逆，反應正向進行，則濃度商Qc＜K；
Ⅱ．（3）A．正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動；
B．再充入1molCH₃OH（g）和1molH₂O（g），等效為在原平衡基礎上增大壓強；
C．加入催化劑不影響平衡移動；
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，平衡正向移動，氫氣濃度減小、水蒸氣濃度增大；
（4）由電離平衡常數可知，酸性：H₂C₂O₄＞HNO₂＞HC₂O₄^-＞HClO＞HCO₃^-，根據強酸制備弱酸，可知H₂C₂O₄、HNO₂能與碳酸鈉反應生成二氧化碳，而HClO與碳酸鈉反應只能得到碳酸氫鈉．

解答 解：I．（1）由CO、H₂、CH₃OH（g）的燃燒熱可得熱化學方程式：
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
由蓋斯定律可知，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，
故答案為：-90.1kJ•mol^-1；
（2）①A點溫度低于B點，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，故CH₃OH的質量分數ω（A）＞ω（B），
故答案為：＞；A點溫度低于B點，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動；
②該反應為有氣體參與的反應，C點壓強大于D點，增大壓強，反應速率越快，逆反應速率：v_正（C）＞v_逆（D），
故答案為：＞；該反應為有氣體參與的反應，C點壓強大于D點，增大壓強，反應速率越快；
③E點CO轉化率為80%，轉化的CO為0.8mol，則：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：1       2         0
變化量（mol）：0.8     1.6       0.8
平衡量（mol）：0.2     0.4       0.8
容器體積為10L，則平衡常數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，
保持溫度和容積不變，再向容器中充入1molCO、1molH₂和xmolCH₃OH時，若使v_正＞v_逆，反應正向進行，則濃度商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
故答案為：2500；0＜x＜58；
Ⅱ．（3）A．正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故A錯誤；
B．再充入1molCH₃OH（g）和1molH₂O（g），等效為在原平衡基礎上增大壓強，平衡正向移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故B正確；
C．加入催化劑可以加快反應速率，不影響平衡移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故C錯誤；
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，平衡正向移動，氫氣濃度減小、水蒸氣濃度增大，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故D錯誤，
故選：B；
（4）由電離平衡常數可知，酸性：H₂C₂O₄＞HNO₂＞HC₂O₄^-＞HClO＞HCO₃^-，根據強酸制備弱酸，可知H₂C₂O₄、HNO₂能與碳酸鈉反應生成二氧化碳，開始加入的酸較小，反應生成碳酸氫鹽，溶液中碳酸氫根增大，全部轉化為碳酸氫鈉時，再滴加酸又轉化為二氧化碳，符合曲線Ⅰ，而HClO與碳酸鈉反應只能得到碳酸氫鈉，符合曲線Ⅱ，
故答案為：①②；③．

點評 本題考查比較綜合，涉及反應熱計算、化學平衡圖象與影響因素、平衡常數計算及應用、電離平衡常數等，側重考查學生信息獲取與知識遷移運用，難度中等．