Question

甲酸是有机化工原料，也用作消毒剂和防腐剂，回答下列问题：

（l）以下为一些化学键的键能数据

化学键	H-H	C=O	C-O	O-H	C-H
键能（kJ/mol）	436	728	326	464	414

合成甲酸的方法之一为CO₂(g)＋H₂(g) HCOOH(l)   △H，则△H_______。

（2）甲酸甲酯水解制甲酸也是常见方法，而工业上可用甲醇催化脱氢制甲酸甲酯：

2 CH₃OH(g) HCOOCH₃(g)+2H₂(g)  △H。已知：气体分压（P分）＝气体总压（P总）×气体的物质的量分数，用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数Kp，下图为上述反应的平衡常数Kp与温度的关系图。

① △H_______0 （填“> ”或“< ”)。

②在310℃下，将2mol 甲醇置于压强为P₀的恒压密闭容器中，20分钟后到达平衡，平衡时甲醇和氢气的分压相等。计算：从开始到平衡时甲醇的平均反应速率_____mol · min^-l，P₀____Pa。

③ 若要进一步提高甲醇转化率，除了可以适当改变反应温度和分离出甲酸甲酯外，还可以采取的措施有_____、_______。

（3）已知常温下甲酸的电离常数K= 1.8×10^-4，则pH=2甲酸的浓度约为_______。

Answer

-40kJ/mol ＞ 0.05 5×104 分离氢气 降低压强 0.57mol/L。

【解析】（1）考查键能与焓变的关系，△H=反应物键能总和－生成物键能总和=(2×728＋436－414－728－326－464)kJ·mol－1=－40kJ·mol－1；（2）考查影响化学平衡移动的因素和化学反应速率的计算，①根据关系图，随着温度升高，Kp增大，说明反应向正反应方向移动，即正反应是吸热反应，△H>0；（2）

2 CH3OH(g) HCOOCH3(g)+2H2(g)

起始： 2 0 0

变化： 2x x 2x

平衡：2－2x x 2x 达到平衡，甲醇和氢气的分压相等，达到平衡，甲醇和氢气的分压相等，[]2=[p0×2x/(2＋x)]2，解得x=0.5，因此甲醇的平均反应速率=2×0.5/20mol·min－1=0.05mol·min－1；达到平衡，甲醇和氢气的平衡分压相等，根据平衡常数Kp表达式，即有0.5p0/2.5=100，解得p0=500，即pO=5×104Pa；③提高甲醇的转化率，说明反应向正反应方向进行移动，即分离氢气和降低压强；（3）考查电离平衡常数的计算，HCOOHHCOO－＋H＋，K=c(HCOO－)×c(H＋)/c(HCOOH)=1.8×10－4，c(HCOO－)=c(H＋)，因此有(10－2)2/c(HCOOH)=1.8×10－4，解得c(HCOOH)=0.56mol·L－1，因此甲酸浓度为（0.56+0.01）mol·L－1=0.57mol·L－1。

点睛：本题的易错点是问题（3），达到平衡甲酸的浓度和c(H＋)数量级相差不大，因此甲酸总浓度应是达到平衡甲酸的浓度＋电离的甲酸的浓度，从而求出甲酸总浓度。