Question

【題目】CO、CO2的轉化再利用能夠很好的減少溫室效應，給環境問題的解決提供了一個很好的方法。其中用有機合成的方式可以合成醋酸、甲醇等，用無機方式轉化為碳酸鹽或者碳酸氫鹽。

I.(1)土壤中也含有碳酸鹽，土壤中Na2CO3含量較高時，pH可高達10.5，試用離子方程式解釋土壤呈堿性的原因:_______________。加入石膏(CaSO4·5H2O)可以使土壤堿性降低，原因是(用化學用語表達)_____________________________。

(2)常溫下在20mL0.1mol/LNa2CO3溶液中逐滴加入40mL0.1mol/LHCl溶液，溶液中含碳元素的各種微粒(CO2因逸出未畫出)物質的量分數(縱軸)隨溶液pH變化的部分情況如圖所示。回答下列問題:

①在同一溶液中，H2CO3、HCO3-、CO32-_____(填“能”或“不能”)大量共存。

②溶液中各種粒子的物質的量濃度關系正確的是為_______。

A.pH=11時:c(Na+)>c(H2CO3)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)

B.pH=11時:c(HCO3-)>c(Cl-)

C.pH=7時: c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)=c(H+)

D.pH=11時: c(Na+)+c(H+)=3c(CO32-)+c(OH-)

③計算出碳酸鈉的水解平衡常數為________。

II.醋酸成本低，在生產中被廣泛應用。

(1)若某溫度下,CH3COOH(aq)與NaOH(aq)反應的△H=-46.8kJ/mol，則H2SO4(aq)與NaOH(aq)的中和熱為57.3kJ/mol，則CH3COOH在水溶液中電離的△H=_________。

(2)近年來化學家研究開發出用乙烯和乙酸為原料、雜多酸作催化劑合成乙酸乙酯的新工藝，不必生產乙醇或乙醛做中間體，使產品成本降低，具有明顯經濟優勢.其合成的基本反應如下： CH2=CH2（g）+CH3COOH(l) CH3COOC2H5(l) 該反應類型是______，為提高乙酸乙酯的合成速率和產率，可以采取的措施有________(任寫出一條)。

(3)在n(乙烯)與n(乙酸)物料比為1的條件下，某研究小組在保持不同壓強下進行了在相同時間點乙酸乙酯的產率隨溫度的變化的測定實驗，實驗結果如圖所示。

回答下列問題:

①溫度在60～80℃范圍內，乙烯與乙酸酯化合成反應速率由大到小的順序是______[用v(P1).v(P2)、v(P3)分別表示不同壓強下的反應速率]；

②a、b、c三點乙烯的轉化率從大到小順序______。

③P1下乙酸乙酯的產率60℃～90℃時，先升高后降低的原因是_______，根據測定實驗結果分析，較適宜的生產條件是___________(合適的壓強和溫度)。

Answer 1

【答案】 CO32-+H2OHCO3-+OH- CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42- 不能 B 1×10-3 +10.5kJ/mol 加成反應 通入乙烯氣體或增大壓強 v(P1)>v(P2)>v(P3) c>b>a 60℃~80℃反應從正方向開始，未達平衡，溫度高反應速率大，乙酸乙酯產率高；80℃時反應已達平衡且正反應放熱，故壓強不變升高溫度平衡逆向移動產率下降 P1MPa、80℃

【解析】I.(1)Na2CO3為強堿弱酸鹽，CO32-結合水電離的氫離子，生成HCO3-、H2CO3，破壞水的電離平衡，使土壤呈堿性，離子方程式CO32-+H2OHCO3-+OH-，加入石膏(CaSO42H2O)后，與Na2CO3反應生成CaCO3，CO32-濃度降低，CO32-水解平衡向左移動，OH-濃度降低，反應方程式為CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-，故答案為：CO32-+H2OHCO3-+OH-；CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-；

(2)常溫下在20mL0.1mol/L Na2CO3溶液中逐滴加入0.1mol/L HCl溶液40mL，先反應生成碳酸氫鈉，再與鹽酸反應生成二氧化碳、水，結合圖像可知，曲線a為CO32-，曲線b為HCO3-，曲線c為H2CO3。

①由反應及圖像可知，在同一溶液中，H2CO3、HCO3-、CO32-不能大量共存，故答案為：不能；

②A. pH=11時，溶液中含有等濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉和氯化鈉，溶液中幾乎沒有H2CO3，因此c(CO32-)>c(H2CO3)，故A錯誤；B.pH=11時，溶液中含有等濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉和氯化鈉，溶液顯堿性，以碳酸鈉水解為主，因此c(HCO3-)>c(Cl-)，故B正確；C.當pH=7時，溶液中溶質為碳酸氫鈉和氯化鈉，碳酸氫鈉水解溶液顯堿性，溶液中幾乎沒有CO32-，因此c(OH-)=c(H+)>c(CO32-)，故C錯誤；D.pH=11時，c(CO32-)=c(HCO3-)，溶液中含有等濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉和氯化鈉，根據電荷守恒，c(Na+)+ c(H+)=2c(CO32-)+ c(OH-)+ c(HCO3-)+ c(Cl-)=3 c(CO32-)+ c(OH-)+ c(Cl-)，故D錯誤；故選B；

③碳酸鈉的水解常數Kh=，根據圖像，pH=11時，c(CO32-)=c(HCO3-)，則Kh== c(OH-)===1×10-3，故答案為：1×10-3；

II.(1)醋酸是弱酸存電離平衡，電離方程式為：CH3COOHCH3COO-+H+，①CH3COOH(aq) +OH-(aq)═CH3COO-(aq)+H2O(l) △H=-46.8kJmol-1，②H+(aq)+OH-(aq)═H2O(l) △H=-57.3kJmol-1，用①-②可得CH3COOH電離的熱化學方程式為：CH3COOH(aq)H+(aq)+CH3COO-(aq) △H=-46.8kJmol-1-(-57.3kJmol-1)=+10.5kJmol-1，故答案為：+10.5kJmol-1；

(2)根據CH2=CH2(g)+CH3COOH(l) CH3COOC2H5(l)，該反應為加成反應，為提高乙酸乙酯的合成速率和產率，改變條件加快反應速率且平衡正向進行，可以增大反應物濃度或增大壓強等，故答案為：加成反應；通入乙烯氣體或增大壓強；

(3)①CH2═CH2(g)+CH3COOH(l)CH3COOC2H5(l)，溫度一定壓強增大平衡正向進行，反應速率增大，圖像分析可知P1＞P2＞P3，則溫度在60～80℃范圍內，乙烯與乙酸酯化合成反應速率由大到小的順序是v(P1)＞v(P2)＞v(P3)，故答案為：v(P1)＞v(P2)＞v(P3)；

②根據CH2═CH2(g)+CH3COOH(l)CH3COOC2H5(l)，壓強越大，乙烯的轉化率越大，根據①的分析，P1＞P2＞P3，則轉化率c>b>a，故答案為：c>b>a；

③由圖象可知，60℃~80℃反應從正方向開始，未達平衡，溫度高反應速率大，乙酸乙酯產率高；P1 MPa、80℃時反應已達平衡且正反應放熱，故壓強不變升高溫度平衡逆向移動產率下降；選擇適宜條件使得乙酸乙酯產率達到最大，圖像中乙酸乙酯產率最大的條件是：P1 MPa、80℃，故答案為：60℃~80℃反應從正方向開始，未達平衡，溫度高反應速率大，乙酸乙酯產率高；80℃時反應已達平衡且正反應放熱，故壓強不變升高溫度平衡逆向移動產率下降；P1 MPa、80℃。