Question

CO、CO₂的转化再利用能够很好的减少温室效应，给环境问题的解决提供了一个很好的方法。其中用有机合成的方式可以合成醋酸、甲醇等，用无机方式转化为碳酸盐或者碳酸氢盐。

I.(1)土壤中也含有碳酸盐，土壤中Na₂CO₃含量较高时，pH可高达10.5，试用离子方程式解释土壤呈碱性的原因:_______________。加入石膏(CaSO₄·5H₂O)可以使土壤碱性降低，原因是(用化学用语表达)_____________________________。

(2)常温下在20mL0.1mol/LNa₂CO₃溶液中逐滴加入40mL0.1mol/LHCl溶液，溶液中含碳元素的各种微粒(CO₂因逸出未画出)物质的量分数(纵轴)随溶液pH变化的部分情况如图所示。回答下列问题:

①在同一溶液中，H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-_____(填“能”或“不能”)大量共存。

②溶液中各种粒子的物质的量浓度关系正确的是为_______。

A.pH=11时:c(Na⁺)>c(H₂CO₃)>c(CO₃^2-)>c(OH^-)>c(H⁺)

B.pH=11时:c(HCO₃^-)>c(Cl^-)

C.pH=7时: c(Na⁺)>c(HCO₃^-)>c(CO₃^2-)>c(OH^-)=c(H⁺)

D.pH=11时: c(Na⁺)+c(H⁺)=3c(CO₃^2-)+c(OH^-)

③计算出碳酸钠的水解平衡常数为________。

II.醋酸成本低，在生产中被广泛应用。

(1)若某温度下,CH₃COOH(aq)与NaOH(aq)反应的△H=-46.8kJ/mol，则H₂SO₄(aq)与NaOH(aq)的中和热为57.3kJ/mol，则CH₃COOH在水溶液中电离的△H=_________。

(2)近年来化学家研究开发出用乙烯和乙酸为原料、杂多酸作催化剂合成乙酸乙酯的新工艺，不必生产乙醇或乙醛做中间体，使产品成本降低，具有明显经济优势.其合成的基本反应如下： CH₂=CH₂（g）+CH₃COOH(l) CH₃COOC₂H₅(l) 该反应类型是______，为提高乙酸乙酯的合成速率和产率，可以采取的措施有________(任写出一条)。

(3)在n(乙烯)与n(乙酸)物料比为1的条件下，某研究小组在保持不同压强下进行了在相同时间点乙酸乙酯的产率随温度的变化的测定实验，实验结果如图所示。

回答下列问题:

①温度在60～80℃范围内，乙烯与乙酸酯化合成反应速率由大到小的顺序是______[用v(P₁).v(P₂)、v(P₃)分别表示不同压强下的反应速率]；

②a、b、c三点乙烯的转化率从大到小顺序______。

③P₁下乙酸乙酯的产率60℃～90℃时，先升高后降低的原因是_______，根据测定实验结果分析，较适宜的生产条件是___________(合适的压强和温度)。

Answer

CO32-+H2OHCO3-+OH- CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42- 不能 B 1×10-3 +10.5kJ/mol 加成反应 通入乙烯气体或增大压强 v(P1)>v(P2)>v(P3) c>b>a 60℃~80℃反应从正方向开始，未达平衡，温度高反应速率大，乙酸乙酯产率高；80℃时反应已达平衡且正反应放热，故压强不变升高温度平衡逆向移动产率下降 P1MPa、80℃

【解析】I.(1)Na2CO3为强碱弱酸盐，CO32-结合水电离的氢离子，生成HCO3-、H2CO3，破坏水的电离平衡，使土壤呈碱性，离子方程式CO32-+H2OHCO3-+OH-，加入石膏(CaSO4•2H2O)后，与Na2CO3反应生成CaCO3，CO32-浓度降低，CO32-水解平衡向左移动，OH- 浓度降低，反应方程式为CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-，故答案为：CO32-+H2OHCO3-+OH-；CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-； 

 (2)常温下在20mL0.1mol/L Na2CO3溶液中逐滴加入0.1mol/L HCl溶液40mL，先反应生成碳酸氢钠，再与盐酸反应生成二氧化碳、水，结合图像可知，曲线a为CO32-，曲线b为HCO3-，曲线c为H2CO3。

①由反应及图像可知，在同一溶液中，H2CO3、HCO3-、CO32-不能大量共存，故答案为：不能；

②A. pH=11时，溶液中含有等浓度的碳酸钠和碳酸氢钠和氯化钠，溶液中几乎没有H2CO3，因此c(CO32-)>c(H2CO3)，故A错误；B.pH=11时，溶液中含有等浓度的碳酸钠和碳酸氢钠和氯化钠，溶液显碱性，以碳酸钠水解为主，因此c(HCO3-)>c(Cl-)，故B正确；C.当pH=7时，溶液中溶质为碳酸氢钠和氯化钠，碳酸氢钠水解溶液显碱性，溶液中几乎没有CO32-，因此c(OH-)=c(H+)>c(CO32-)，故C错误；D.pH=11时，c(CO32-)=c(HCO3-)，溶液中含有等浓度的碳酸钠和碳酸氢钠和氯化钠，根据电荷守恒， c(Na+)+ c(H+)=2c(CO32-)+ c(OH-)+ c(HCO3-)+ c(Cl-)=3 c(CO32-)+ c(OH-)+ c(Cl-)，故D错误；故选B；

③碳酸钠的水解常数Kh=，根据图像，pH=11时，c(CO32-)=c(HCO3-)，则Kh== c(OH-)===1×10-3，故答案为：1×10-3；

II.(1)醋酸是弱酸存在电离平衡，电离方程式为：CH3COOH⇌CH3COO-+H+，①CH3COOH(aq) +OH-(aq)═CH3COO-(aq)+H2O(l) △H=-46.8kJ•mol-1，②H+(aq)+OH-(aq)═H2O(l) △H=-57.3kJ•mol-1，用①-②可得CH3COOH电离的热化学方程式为：CH3COOH(aq)⇌H+(aq)+CH3COO-(aq) △H=-46.8kJ•mol-1-(-57.3kJ•mol-1)=+10.5kJ•mol-1，故答案为：+10.5kJ•mol-1；

(2)根据CH2=CH2(g)+CH3COOH(l) CH3COOC2H5(l)，该反应为加成反应，为提高乙酸乙酯的合成速率和产率，改变条件加快反应速率且平衡正向进行，可以增大反应物浓度或增大压强等，故答案为：加成反应；通入乙烯气体或增大压强；

(3)①CH2═CH2(g)+CH3COOH(l)CH3COOC2H5(l)，温度一定压强增大平衡正向进行，反应速率增大，图像分析可知P1＞P2＞P3，则温度在60～80℃范围内，乙烯与乙酸酯化合成反应速率由大到小的顺序是v(P1)＞v(P2)＞v(P3)，故答案为：v(P1)＞v(P2)＞v(P3)；

②根据CH2═CH2(g)+CH3COOH(l)CH3COOC2H5(l)，压强越大，乙烯的转化率越大，根据①的分析，P1＞P2＞P3，则转化率c>b>a，故答案为：c>b>a；

③由图象可知，60℃~80℃反应从正方向开始，未达平衡，温度高反应速率大，乙酸乙酯产率高；P1 MPa、80℃时反应已达平衡且正反应放热，故压强不变升高温度平衡逆向移动产率下降；选择适宜条件使得乙酸乙酯产率达到最大，图像中乙酸乙酯产率最大的条件是：P1 MPa、80℃，故答案为：60℃~80℃反应从正方向开始，未达平衡，温度高反应速率大，乙酸乙酯产率高；80℃时反应已达平衡且正反应放热，故压强不变升高温度平衡逆向移动产率下降；P1 MPa、80℃。