Question

低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式。低碳经济的概念在中国正迅速从高端概念演变成全社会的行为，在新能源汽车、工业节能等多个领域都大有作为。 请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。

(1)工业上可利用CO或CO₂来制备清洁液体燃料甲醇。已知:800℃时，化学反应①、反应②对应的平衡常数分别为2.5、1.0。

反应①:2H₂(g)+CO(g) CH₃OH(g) △H = -90.8kJ • mol^-1

反应②: H₂(g)+CO₂(g)  H₂O (g)+CO(g) △H= +41.2kJ • mol^-1

写出用CO₂与H₂反应制备甲醇的热化学方程式________________________，800℃时该反应的化学平衡常数K的数值为_______________。   

现将不同量的CO₂ (g)和H₂(g)分别通入到容积为2L恒容密闭容器中进行反应②，得到如下二组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
CO2 (g)	H2(g)	H2(g)	CO2 (g)
1	900	4	6	1.6	2.4	2
2	900	a	b	c	d	t

实验2中，若平衡吋，CO₂ (g)的转化率小于H₂(g)，则a、b必须满足的关系是_________。

若在900℃时，另做一组实验，在此容器中加入10mol CO₂，5mol H₂，2 mol CO，5 mol H₂O (g)

(g)，则此时v_正___v_逆(填“>”、“>”或“=”)。

(2)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应的热化学方程式为：CH₃OH(g)+CO(g) HCOOCH₃(g)  △H=-29.1KJ·mol^-1 ，科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是____(填“3.5×10⁶ Pa”“4.0×10⁶ Pa”或“5.0×10⁶Pa”)。 

②实际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是__________________________。                           

(3)已知常温下NH₃•H₂O的电离平衡常数K= 1.75×10^-5，H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4.4×10^-7，K₂ =4. 7×10^-11。常温下，用氮水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，NH₄HCO₃溶液呈_____(填“酸性”“中性”或“碱性”)，溶液中离子浓度由大到小的顺序为:_________。

Answer

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.6kJ·mol-1 2.5 a＞b ＞ 4.0×106 Pa 高于80 ℃时，温度对反应速率影响较小，又因反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低 碱性 c(NH4+)＞c(HCO3-)＞c(OH-)＞c(H+)＞c(CO32-)

【解析】(1)反应①:2H2(g)+CO(g) CH3OH(g) △H = -90.8kJ • mol-1

反应②: H2(g)+CO2(g)  H2O (g)+CO(g) △H= +41.2kJ • mol-1

用CO2与H2反应制备甲醇的热化学方程式可由①+②求得： CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.6kJ·mol-1 ，该反应的平衡常数K=K1K2=2.5×1.0=2.5

在反应中，当反应物的物质的量之比等于化学计量数之比时，各反应物的转化率相等，某一反应物越多，其转化率越低，而另一反应物转化率越高，实验2中，若平衡吋，CO2 (g)的转化率小于H2(g)，则a、b必须满足的关系是a/b>1/1,即a>b；

CO2(g)+ H2(g)  H2O (g)+CO(g)

n始/mol 4 6

n变/mol 1.6 1.6 1.6 1.6

n平/mol 2.4 4.4 1.6 1.6

另一容器 10 5 5 2

，此时平衡正向移动，则此时v正>v逆

(2)①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率“看，图象中转化率变化最大的是4.0×106Pa。②依据图象分析温度在高于80°C对反应速率影响不大，反应是放热反应，温度过高，平衡逆向进行，不利于转化率增大，故：高于80℃时，温度对反应速率影响较小；且反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低。

（3）已知常温下NH3•H2O的电离平衡常数K= 1.75×10-5，大于H2CO3的电离平衡常数K1=4.4×10-7，相当于强碱弱酸盐，碳酸氢根离子的水解能力大于铵根离子水解能力，则碳酸氢铵溶液呈碱性；碳酸氢根离子的水解能力大于铵根离子水解能力，则人c(NH4+)＞c(HCO3-)，碳酸氢铵溶液呈碱性，c(OH-)＞c(H+)，所以c(NH4+)＞c(HCO3-)＞c(OH-)＞c(H+)＞c(CO32-)。