Question

【題目】通過對煤的綜合利用可得到潔凈的燃料和多種化工原料，也可減少環境呢污染。煤的間接液化可得到甲醇。

（1）已知：CH3OH、H2的燃燒熱（△H）分別為－726.5kJ/mol、－285.8kJ/mol，則常溫下CO2和H2反應生成CH3OH和H2O的熱化學方程式是____________。

（2）一定條件下，CO和H2合成CH3OH：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。

①在體積一定的密閉容器中按物質的量之比1:2充入CO和H2，測得平衡混合物中CH3OH的體積分數在不同壓強下隨溫度的變化如圖所示。

A、B、C三點平衡常數KA、KB、KC的大小關系是___________；壓強：P1____P2（填“＞”、“＜”或“=”）

逆反應速率：v逆(A)______v逆(B)（填“＞”、“＜”或“=”）

在C點，CO的轉化率為__________；

在C點，若再按物質的量之比1:2充入一定量的CO和H2，當其它條件不變，達到新的平衡時，CH3OH的體積分數__________（填“增大”、“減小”或“不變”）。

②若在恒溫恒容條件下，能表示該可逆反應達到平衡狀態的有__________。

A. 混合氣體的密度保持不變

B. 混合氣體的平均相對分子質量保持不變

C. 容器內的壓強保持不變

D. 單位時間內每消耗1molCO的同時，生成2molH2

E. CO、H2、CH3OH的濃度保持不變

F. CO、H2、CH3OH的濃度之比為1:2:1

（3）氫硫酸、碳酸均為二元弱酸，其常溫下的電離常數如下表：

	H2CO3	H2S
Ka1	4.4×10－7	1.3×10－7
Ka2	4.7×10－11	7.1×10－15

煤的氣化過程中產生的有害氣體H2S可用足量的Na2CO3溶液吸收，該反應的離子方程式為________；常溫下，0.1mol·L－1NaHCO3溶液和0.1mol·L－1NaHS溶液的pH相比，pH較小的為______溶液（填化學式）。

Answer 1

【答案】CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) △H=－130.9kJ·mol－1KA＞KB=KC＞＜75%增大BCDECO32－+H2S=HCO3－+HS－NaHCO3

【解析】試題分析：本題為化學反應原理綜合題，涉及燃燒熱的概念、蓋斯定律和熱化學方程式的書寫，化學平衡狀態的判斷、圖像分析和平衡計算，弱電解質的電離和鹽類的水解等知識，結合相關基礎知識進行分析。

解答：（1）燃燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩定的氧化物時放出的熱量。已知：CH3OH、H2的燃燒熱（△H）分別為－726.5kJ/mol、－285.8kJ/mol，則有：①CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-726.5kJ/mol,②H2(g)+1/2O2(g)==H2O(l) △H=-285.8kJ/mol,根據蓋斯定律：②×3-①得常溫下CO2和H2反應生成CH3OH和H2O的熱化學方程式是CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) △H=－130.9kJ·mol－1 。

（2）①影響平衡常數的外界因素為溫度。分析圖像知B、C兩點溫度相同，故KB=KC；當其他條件不變時，升高溫度，甲醇的體積分數減小，平衡正向移動，因升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，則反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)為放熱反應，KA＞KB，故A、B、C三點平衡常數KA、KB、KC的大小關系是KA＞KB=KC ；反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正向為氣體物質的量減小的反應，當其他條件不變時，增大壓強，平衡正向移動，甲醇的體積分數增大；分析圖像知壓強：P1＞P2；溫度越高，反應速率越快；壓強越大，反應速率越快，溫度對反應速率的影響比壓強顯著，故逆反應速率：v逆(A)＜v逆(B)；分析圖像知C點甲醇的體積分數為50%，根據題意設起始加入CO、H2的物質的量分別為1mol、2mol，轉化的CO的物質的量為x，利用三行式分析。

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始（mol）1 2 0

轉化（mol）x 2x x

平衡（mol）1-x 2-2x x

則有x/(3-2x)×100%=50%，解得x=0.75mol，則CO的轉化率為0.75mol/1mol×100%=75%；在C點，若再按物質的量之比1:2充入一定量的CO和H2，相當于增大壓強，平衡正向移動，達到新的平衡時，CH3OH的體積分數增大。②A. 恒溫恒容條件下，混合氣體的質量不隨反應的進行而變化，混合氣體的密度不隨反應的進行而變化，混合氣體的密度保持不變，不能說明反應達到平衡狀態，錯誤；B. 隨著反應的進行，混合氣體的質量保持不變，物質的量逐漸減小，根據M=m/V判斷混合氣體的平均相對分子質量隨著反應的進行不斷減小，當平均相對分子質量不變時反應達到平衡狀態，正確；C. 隨著反應的進行，混合氣體的物質的量逐漸減小，容器內的壓強逐漸減小，當壓強保持不變時反應達到平衡狀態，正確；D. 單位時間內每消耗1molCO的同時，生成2molH2，正、逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，正確；E. CO、H2、CH3OH的濃度保持不變，反應達到平衡狀態，正確；F. CO、H2、CH3OH的濃度之比為1:2:1反應不一定為平衡狀態，錯誤；選BCDE。

（3）分析表中氫硫酸、碳酸的電離常數知酸性：H2CO3＞H2S＞HCO3-＞HS-。煤的氣化過程中產生的有害氣體根據強酸制弱酸原理知H2S與足量的Na2CO3溶液反應生成碳酸氫鈉和硫氫化鈉，該反應的離子方程式為CO32－+H2S=HCO3－+HS－；組成鹽的酸根對應的酸越弱，該鹽的水解程度越大，相同濃度時，溶液的堿性越強，pH越大，故常溫下，0.1mol·L－1NaHCO3溶液和0.1mol·L－1NaHS溶液的pH相比，pH較小的為NaHCO3溶液。