Question

【題目】充分利用碳的氧化物合成化工原料，既可以減少環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，又能變廢為寶。

Ⅰ．CO2的綜合利用是解決溫室效應(yīng)及能源問(wèn)題的有效途徑。

(1)O2和H2在催化劑存在下可發(fā)生反應(yīng)生成CH3OH。已知CH3OH、H2的燃燒熱分別為△H1=-akJ·mol-1、△H2=-bkJ·mol-1，且1mol水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水時(shí)放出ckJ的熱量。

則CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=___________kJ·mol-1。

(2)對(duì)于CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)．控制CO2和H2初始投料比為1∶3時(shí)，溫度對(duì)CO2平衡轉(zhuǎn)化率及甲醇產(chǎn)率的影響如圖所示。由圖可知獲取CH3OH最適宜的溫度是___________，下列有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率的措施是___________。

A．使用催化劑 B．增大體系壓強(qiáng)

C．增大CO2和H2的初始投料比 D．投料比不變和容器體積不變，增加反應(yīng)物的濃度

Ⅱ．CO是合成尿素、甲酸的原料。

(3)合成尿素的反應(yīng)：2NH3(g)+CO(g)CO(NH2)2(g)+H2(g)△H=-81.0kJ·mol-1。

①T℃時(shí)，在體積為2L的恒容密閉容器中，將2molNH3和1molCO混合發(fā)生反應(yīng)，5min時(shí)，NH3的轉(zhuǎn)化率為80%。則0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率為v(CO)=___________。

②已知：

溫度/K	398	498	…
平衡常數(shù)/K	126.5	K1	…

則：K1___________126.5(填“＞”或“<”);其判斷理由是___________。

(4)通過(guò)人工光合作用可將CO轉(zhuǎn)化成HCOOH。

①已知常溫下，濃度均為0.1mol·L-1的HCOOH和HCOONa混合溶液pH=3.7,則HCOOH的電離常數(shù)Ka的值為___________ (已知lg2=0.3)。

②用電化學(xué)可消除HCOOH對(duì)水質(zhì)造成的污染，其原理是電解CoSO4、稀硫酸和HCOOH混合溶液，用電解產(chǎn)生的Co3+將HCOOH氧化成CO2。Co3+氧化HCOOH的離子方程式為___________;忽略體積變化，電解前后Co2+的濃度將___________ (填“增大”“減小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】 a-3b+c 250℃ BD 0.08mol·L-1·min-1 < 合成尿素的反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度升高,平衡逆向移動(dòng),K減小 2×10-4 2Co3++HCOOH=CO2↑+2Co2++2H+ 不變

【解析】 (1)已知CH3OH、H2的燃燒熱分別為△H1=-akJ·mol-1、△H2=-bkJ·mol-1，且1mol水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水時(shí)放出ckJ的熱量。則①CH3OH（g）+O2（g） CO2（g）+2H2O（l）△H1=-akJ/mol，②H2(g) +O2（g）=H2O(l)△H=-bkJ/mol，③H2O(g)= H2O(l) △H=-ckJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將②×3-①-③得：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H= （a-3b+c）kJ/mol，故答案為：a-3b+c；

(2)根據(jù)圖像，在250℃時(shí)，甲醇的產(chǎn)率較高，獲取CH3OH最適宜的溫度是250℃；A．使用催化劑，平衡不移動(dòng)，不能提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率，錯(cuò)誤；B．增大體系壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率，正確；C．增大CO2和H2的初始投料比，可以提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，但二氧化碳的轉(zhuǎn)化率減小，錯(cuò)誤；D．投料比不變和容器體積不變，增加反應(yīng)物的濃度，平衡正向移動(dòng)，可以提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率，正確；故選BD，故答案為：250℃；BD；

（3）①5min時(shí)，NH3的轉(zhuǎn)化率為80%，則0-5min時(shí)，NH3的轉(zhuǎn)化量為△c==0.8mol/L，則NH3的消耗速率為v（NH3）===0.16mol/（Lmin），根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則CO的消耗速率為v（CO）=v（NH3）=0.08mol/（Lmin），故答案為：0.08mol/（Lmin）；

②反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高不利于反應(yīng)正向進(jìn)行，正反應(yīng)進(jìn)行程度隨溫度的升高而降低，所以K1＜126.5，判斷理由是：合成尿素的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆移，K減小，故答案為：＜；合成尿素的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆移，K減小；

（4）①濃度均為0.1mol/L的HCOOH和HCOONa混合溶液pH=3.7，溶液中平衡時(shí)c（HCOOH）=c（HCOO-），c（H+）=10-3.7mol/L，所以HCOOH的電離常數(shù)Ka==10-3.7=2×10-4，故答案為：2×10-4；

②用電化學(xué)可消除HCOOH對(duì)水質(zhì)造成的污染的原理為電解CoSO4、稀硫酸和HCOOH的混合溶液，將Co2+氧化為Co3+，Co3+再將HCOOH氧化成CO2，電解池中該電極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：Co2+-e-═Co3+，Co3+氧化HCOOH生成二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式為2Co3++HCOOH=CO2↑+2Co2++2H+，忽略體積變化，電解前后Co2+的濃度不發(fā)生變化，故答案為：2Co3++HCOOH=CO2↑+2Co2++2H+；不變。