Question

通过对煤的综合利用可得到洁净的燃料和多种化工原料，也可减少环境呢污染。煤的间接液化可得到甲醇。

（1）已知：CH₃OH、H₂的燃烧热（△H）分别为－726.5kJ/mol、－285.8kJ/mol，则常温下CO₂和H₂反应生成CH₃OH和H₂O的热化学方程式是____________。

（2）一定条件下，CO和H₂合成CH₃OH：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。

①在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H₂，测得平衡混合物中CH₃OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。

A、B、C三点平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系是___________；压强：P₁____P₂（填“＞”、“＜”或“=”）

逆反应速率：v_逆(A)______v_逆(B)（填“＞”、“＜”或“=”）

在C点，CO的转化率为__________；

在C点，若再按物质的量之比1:2充入一定量的CO和H₂，当其它条件不变，达到新的平衡时，CH₃OH的体积分数__________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

②若在恒温恒容条件下，能表示该可逆反应达到平衡状态的有__________。

A. 混合气体的密度保持不变

B. 混合气体的平均相对分子质量保持不变

C. 容器内的压强保持不变

D. 单位时间内每消耗1molCO的同时，生成2molH₂

E. CO、H₂、CH₃OH的浓度保持不变

F. CO、H₂、CH₃OH的浓度之比为1:2:1

（3）氢硫酸、碳酸均为二元弱酸，其常温下的电离常数如下表：

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

煤的气化过程中产生的有害气体H₂S可用足量的Na₂CO₃溶液吸收，该反应的离子方程式为________；常温下，0.1mol·L^－1NaHCO₃溶液和0.1mol·L^－1NaHS溶液的pH相比，pH较小的为______溶液（填化学式）。

Answer

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】试题分析：本题为化学反应原理综合题，涉及燃烧热的概念、盖斯定律和热化学方程式的书写，化学平衡状态的判断、图像分析和平衡计算，弱电解质的电离和盐类的水解等知识，结合相关基础知识进行分析。

解答：（1）燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量。已知：CH3OH、H2的燃烧热（△H）分别为－726.5kJ/mol、－285.8kJ/mol，则有：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,根据盖斯定律：②×3-①得常温下CO2和H2反应生成CH3OH和H2O的热化学方程式是CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) △H=－130.9kJ·mol－1 。

（2）①影响平衡常数的外界因素为温度。分析图像知B、C两点温度相同，故KB=KC；当其他条件不变时，升高温度，甲醇的体积分数减小，平衡正向移动，因升高温度，平衡向吸热反应方向移动，则反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)为放热反应，KA＞KB，故A、B、C三点平衡常数KA、KB、KC的大小关系是KA＞KB=KC ；反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正向为气体物质的量减小的反应，当其他条件不变时，增大压强，平衡正向移动，甲醇的体积分数增大；分析图像知压强：P1＞P2；温度越高，反应速率越快；压强越大，反应速率越快，温度对反应速率的影响比压强显著，故逆反应速率：v逆(A)＜v逆(B)；分析图像知C点甲醇的体积分数为50%，根据题意设起始加入CO、H2的物质的量分别为1mol、2mol，转化的CO的物质的量为x，利用三行式分析。

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

起始（mol）1 2 0

转化（mol）x 2x x

平衡（mol）1-x 2-2x x

则有x/(3-2x)×100%=50%，解得x=0.75mol，则CO的转化率为0.75mol/1mol×100%=75%；在C点，若再按物质的量之比1:2充入一定量的CO和H2，相当于增大压强，平衡正向移动，达到新的平衡时，CH3OH的体积分数增大。②A. 恒温恒容条件下，混合气体的质量不随反应的进行而变化，混合气体的密度不随反应的进行而变化，混合气体的密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态，错误；B. 随着反应的进行，混合气体的质量保持不变，物质的量逐渐减小，根据M=m/V判断混合气体的平均相对分子质量随着反应的进行不断减小，当平均相对分子质量不变时反应达到平衡状态，正确；C. 随着反应的进行，混合气体的物质的量逐渐减小，容器内的压强逐渐减小，当压强保持不变时反应达到平衡状态，正确；D. 单位时间内每消耗1molCO的同时，生成2molH2，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，正确；E. CO、H2、CH3OH的浓度保持不变，反应达到平衡状态，正确；F. CO、H2、CH3OH的浓度之比为1:2:1反应不一定为平衡状态，错误；选BCDE。

（3）分析表中氢硫酸、碳酸的电离常数知酸性：H2CO3＞H2S＞HCO3-＞HS-。煤的气化过程中产生的有害气体根据强酸制弱酸原理知H2S与足量的Na2CO3溶液反应生成碳酸氢钠和硫氢化钠，该反应的离子方程式为CO32－+H2S=HCO3－+HS－；组成盐的酸根对应的酸越弱，该盐的水解程度越大，相同浓度时，溶液的碱性越强，pH越大，故常温下，0.1mol·L－1NaHCO3溶液和0.1mol·L－1NaHS溶液的pH相比，pH较小的为NaHCO3溶液。