Question

2019年10月27日，国际清洁能源会议(ICCE2019)在北京开幕，一碳化学成为这次会议的重要议程。甲醇、甲醛(HCHO)等一碳化合物在化工、医药、能源等方面都有广泛的应用。

(1)甲醇脱氢法可制备甲醛(反应体系中各物质均为气态)，反应生成1mol HCHO过程中能量变化如图：

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

则反应CO₂(g)+2H₂(g)=HCHO(g)+H₂O(g)    ∆H=______kJ/mol

(2)氧化剂可处理甲醛污染，结合图象分析春季(水温约为15℃)应急处理被甲醛污染的水源应选择的试剂为____(填化学式)。

(3)纳米二氧化钛催化剂可用于工业上合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)⇌CH₃OH(g)  ∆H=akJ/mol

①按=2投料比将H₂与CO充入VL恒容密闭容器中，在一定条件下发生反应，测定CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。则a ___(填“＞”或“＜”)0；压强p₁、p₂、p₃由小到大的关系是______。

②在温度为T₁℃，向某恒容密闭容器中充入H₂和CO发生上述反应，起始时c(H₂)=c(CO)=2.0mol/L。达到平衡时，CO的转化率为图中的M点对应的转化率，则在该温度下，对应的N点的平衡常数为______(保留3位有效数字)。

(4)工业上利用CH₄(混有CO和H₂)与水蒸气在一定条件下制取H₂，该反应的逆反应速率表达式为v_逆=k•c(CO)•c³(H₂)，k为速率常数，在某温度下测得实验数据如表所示：

CO浓度(mol/L)	H2浓度(mol/L)	逆反应速率(mol·L^-^1·min^-^1)
0.1	c1	8.0
c2	c1	16.0
c2	0.15	6.75

由上述数据可得该温度下，c₂=_____，该反应的逆反应速率常数k=____L³∙mol^-3∙min^-l。

(5)用甲醇可以制备甲胺(CH₃NH₂)，甲胺在水中的电离方程式与氨相似。25℃时，甲胺的电离常数K_a=9.25×10^-7。该温度下，反应CH₃NH₂+H⁺CH₃NH₃⁺的平衡常数K= ___(填数值)。

Answer

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

【解析】

（1）由图可知1molCH3OH分解为1molHCHO和1molH2需要吸收能量463 kJ/mol -379 kJ/mol =84 kJ/mol，所以图示反应的热化学方程式为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)，根据盖斯定律可知该反应∆H=84 kJ·mol-1+（-49.5kJ/mol）=34.5 kJ/mol；

（2）分析图像可知，水温约为15℃时.选择Ca(ClO)2处理被甲醛污染的水源时，甲醛去除率更高；

（3）①据图可知相同压强下温度越高CO的平衡转化率越小，即温度升高平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，所以∆H<0，即a＜0；该反应正反应为气体体积减小的反应，所以相同温度下压强越大CO的平衡转化率越大，所以p3＜p2＜p1；

②平衡常数只与温度有关，温度不变则平衡常数不变，所以M点和N点平衡常数相等，M点CO的转化为40%，初始投料为2.0mol/L的H2和CO，则列三段式有：

该反应平衡常数；

（4）根据v逆=k•c(CO)•c3(H2)，由表中数据可得：c13=，c2=，所以有，解得k=1.0×104L3·mol-3·min-3，带入c2的等式可得c2=0.2mol/L；

（5）甲胺在水中的电离方程式与氨相似，所以其电离方程式为CH3NH2+H2OCH3NH3++OH-，所以Ka=，反应CH3NH2+H+CH3NH3+的平衡常数K==9.25×107。