Question

14．甲醇是一種重要的化工原料，在生產中有著重要的應用．工業用甲烷氧化法合成甲醇的反應有：
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直接制備甲醇蒸氣的熱化學方程式為2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ•mol^-1
（2）某溫度下，向4L恒容密閉容器中通入6mol CO₂和6mol CH₄，發生反應①，平衡體系中各組分的體積分數均為$\frac{1}{4}$，則此溫度下該反應的平衡常數K=1，CH₄的轉化率為33.3%．
（3）工業上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應的熱化學方程式為：
CH₃OH（g）+CO（g）═HCOOCH₃（g）△H=-29.1kJ•mol^-1
科研人員對該反應進行了研究，部分研究結果如下：

①從反應壓強對甲醇轉化率的影響效率看，工業制取甲酸甲酯應選擇的壓強是4.0×10⁶Pa．
（填“3.5×10⁶Pa”“4.0×10⁶ Pa”或“5.0×10⁶ Pa”）．
②實際工業生產中采用的溫度是80℃，其理由是高于80℃時，溫度對反應速率影響較小，且反應放熱，升高溫度時平衡逆向移動，轉化率降低．
（4）工業上常用CH₃OH來制備HCOOH．已知25℃時0.1mol/L的HCOOH溶液和0.1mol/L的CH₃COOH溶液的pH分別為2.3和2.9．現有同物質的量濃度的下列三種溶液：
①HCOONa溶液  ②CH₃COONa溶液  ③NaCl溶液，其pH由大到小順序為：②＞①＞③（填溶液序號）．
②向0.1mol/L的HCOOH溶液中加水或加入少量HCOONa晶體時，都會引起變化的是a．
a．溶液的pH增大b．HCOOH的電離程度增大
c．溶液的導電能力減弱d．溶液中c（OH^-）減小．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律計算書寫熱化學方程式；
（2）根據平衡體系中各組分的體積分數均為$\frac{1}{4}$，利用三段式計算出平衡時各組分的含量，計算平衡常數和轉化率；
（3）①依據轉化率曲線分析判斷；
②圖象分析速率隨溫度變化的趨勢分析回答；
（4）①鹽對應的酸越弱，對應鹽水解程度越大，堿性越強，pH值越大；
②向0.1mol/L的HCOOH溶液中加水或加入少量HCOONa晶體時，HCOO^-離子濃度變大，電離解平衡逆向移動．

解答 解：（1）根據（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直接制備甲醇蒸氣的熱化學方程式為2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ•mol^-1，
故答案為：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
變化（mol） x       x         2x      2x
平衡（mol）6-x     6-x         2x     2x
平衡體系中各組分的體積分數均為$\frac{1}{4}$，所以6-x=2x，解得x=2，
則此溫度下該反應的平衡常數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的轉化率為$\frac{2}{6}$×100%=33.3%，
故答案為：1；33.3%；
（3）①從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率“看，圖象中轉化率變化最大的是4.0×10⁶Pa，故答案為：4.0×10⁶Pa；
②依據圖象分析溫度在高于80°C對反應速率影響不大，反應是放熱反應，溫度過高，平衡逆向進行，不利于轉化率增大，
故答案為：高于80℃時，溫度對反應速率影響較小，且反應放熱，升高溫度時平衡逆向移動，轉化率降低；
（4）①鹽對應的酸越弱，對應鹽水解程度越大，堿性越強，pH值越大，已知25℃時0.1mol/L的HCOOH溶液和0.1mol/L的CH₃COOH溶液的pH分別為2.3和2.9，所以HCOOH的酸性強于CH₃COOH，所以pH由大到小順序為②＞①＞③，故答案為：②＞①＞③；
②向0.1mol/L的HCOOH溶液中加水或加入少量HCOONa晶體時，HCOO^-離子濃度變大，電離平衡逆向移動，
a．電離平衡逆向移動，溶液的pH增大，故正確；
b．電離平衡逆向移動，HCOOH的電離程度減小，故錯誤；
c．離子濃度變大，溶液的導電能力增強，故錯誤；
d．電離平衡逆向移動，氫離子濃度減小，溶液中c（OH^-）增大，故錯誤；
故選a．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、熱化學方程式的計算書寫、化學平衡的計算、圖象分析判斷以及弱電解質電離，側重考查外界條件改變對電離平衡的影響，注意掌握基礎知識的掌握，題目難度中等．