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，能源等方面都有着广泛的应用。

(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1。

已知：CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(g) +H₂O(g)  △H=-49.5kJ• mo1^-1，则反应CO₂(g)+2H₂(g)= HCHO(g) +H₂O(g)  △H= ___________kJ• mo1^-1。

(2)氧化剂可处理甲醛污染，结合图2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,CO₂(g)+2H₂(g)CH₃OH(g) △H=akJ•mo1^-1

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3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)=2.0 mo1•L^-1。达到平衡时，CO的转化率为图3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(CO和H₂)与水蒸气在一定条件下制取 H₂：CH₄(g) +H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)  △H=+203kJ•mo1^-1，该中反应的逆反应速率及表达式为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(mo1•L^-^1)	H2浓度(mo1•L^-^1)	逆反应速率(mo1•L^-^1•min^-^1)
0.1	c1	8.0
c2	c1	16.0
c2	0.15	6.75

由上还数据可得该温度下，c₂=____________，该反应的逆反应速率常数 k=______L³•mo1^-3•min^-1)。

Answer

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

【解析】

（1）已知：①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g) +H2O(g) △H=-49.5kJ• mo1-1，由图1可知②CH3OH（g）=HCHO（g）+H2（g）△H=+（463-379）kJ·mol－1=+84kJ·mol－1，根据盖斯定律①+②，则反应CO2(g)+2H2(g)= HCHO(g) +H2O(g) △H=+34.5kJ•mo1-1，故答案为：+34.5；

（2）氧化剂可处理甲醛污染，结合图 2，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，故答案为：Ca(ClO)2；

（3）①由图3可知，随着温度升高，CO的平衡转化率逐渐下降，说明平衡逆向移动，则△H＜0，故a＜0；该反应是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，则p3＜p2＜p1；故答案为：＜；p3＜p2＜p1；

②起始时c（H2）=c（CO）=2.0mol·L－1，达到平衡时，CO的转化率为40%，

K= ==4.17，故答案为：4.17；

（4）v逆=k•c(CO)•c3(H2)，则c13=，c2=，根据表中数据v逆=k•c(CO)•c3(H2)=k××=16.0mol·L-1·min-1，解得k=1.0×104L3•mo1-3•min-1；c2==0.2mol·L-1。故答案为：0.2；1.0×104。