Question

【題目】2019年10月27日，國際清潔能源會議(ICCE2019)在北京開幕，一碳化學成為這次會議的重要議程。甲醇、甲醛(HCHO)等一碳化合物在化工、醫(yī)藥、能源等方面都有廣泛的應用。

(1)甲醇脫氫法可制備甲醛(反應體系中各物質均為氣態(tài))，反應生成1mol HCHO過程中能量變化如圖：

已知：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) H=-49.5kJ/mol

則反應CO2(g)+2H2(g)=HCHO(g)+H2O(g) H=______kJ/mol

(2)氧化劑可處理甲醛污染，結合圖象分析春季(水溫約為15℃)應急處理被甲醛污染的水源應選擇的試劑為____(填化學式)。

(3)納米二氧化鈦催化劑可用于工業(yè)上合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H=akJ/mol

①按=2投料比將H2與CO充入VL恒容密閉容器中，在一定條件下發(fā)生反應，測定CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示。則a ___(填“＞”或“＜”)0；壓強p1、p2、p3由小到大的關系是______。

②在溫度為T1℃，向某恒容密閉容器中充入H2和CO發(fā)生上述反應，起始時c(H2)=c(CO)=2.0mol/L。達到平衡時，CO的轉化率為圖中的M點對應的轉化率，則在該溫度下，對應的N點的平衡常數為______(保留3位有效數字)。

(4)工業(yè)上利用CH4(混有CO和H2)與水蒸氣在一定條件下制取H2，該反應的逆反應速率表達式為v逆=kc(CO)c3(H2)，k為速率常數，在某溫度下測得實驗數據如表所示：

CO濃度(mol/L)	H2濃度(mol/L)	逆反應速率(mol·L-1·min-1)
0.1	c1	8.0
c2	c1	16.0
c2	0.15	6.75

由上述數據可得該溫度下，c2=_____，該反應的逆反應速率常數k=____L3mol-3min-l。

(5)用甲醇可以制備甲胺(CH3NH2)，甲胺在水中的電離方程式與氨相似。25℃時，甲胺的電離常數Ka=9.25×10-7。該溫度下，反應CH3NH2+H+CH3NH3+的平衡常數K= ___(填數值)。

Answer 1

【答案】+34.5 Ca(ClO)2 ＜ p3＜p2＜p1 4.17 0.2 1.0×104 9.25×107

【解析】

（1）由圖可知1molCH3OH分解為1molHCHO和1molH2需要吸收能量463 kJ/mol -379 kJ/mol =84 kJ/mol，所以圖示反應的熱化學方程式為i:CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g) H=84 kJ/mol，又已知ii: CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) H=-49.5kJ/mol，由i+ii可得方程式CO2(g)+2H2(g)=HCHO(g)+H2O(g)，根據蓋斯定律可知該反應H=84 kJ·mol-1+（-49.5kJ/mol）=34.5 kJ/mol；

（2）分析圖像可知，水溫約為15℃時.選擇Ca(ClO)2處理被甲醛污染的水源時，甲醛去除率更高；

（3）①據圖可知相同壓強下溫度越高CO的平衡轉化率越小，即溫度升高平衡逆向移動，所以正反應為放熱反應，所以H<0，即a＜0；該反應正反應為氣體體積減小的反應，所以相同溫度下壓強越大CO的平衡轉化率越大，所以p3＜p2＜p1；

②平衡常數只與溫度有關，溫度不變則平衡常數不變，所以M點和N點平衡常數相等，M點CO的轉化為40%，初始投料為2.0mol/L的H2和CO，則列三段式有：

該反應平衡常數；

（4）根據v逆=kc(CO)c3(H2)，由表中數據可得：c13=，c2=，所以有，解得k=1.0×104L3·mol-3·min-3，帶入c2的等式可得c2=0.2mol/L；

（5）甲胺在水中的電離方程式與氨相似，所以其電離方程式為CH3NH2+H2OCH3NH3++OH-，所以Ka=，反應CH3NH2+H+CH3NH3+的平衡常數K==9.25×107。