Question

2．甲酸是有機化工原料，也用作消毒劑和防腐劑，回答下列問題：
（l）以下為一些化學鍵的鍵能數據

化學鍵	H-H	C=O	C-O	O-H	C-H
鍵能（kJ/mol）	436	728	326	464	414

合成甲酸的方法之一為CO₂（g）+H₂（g）?HCOOH（l）△H，則△H-40kJ/mol．
（2）甲酸甲酯水解制甲酸也是常見方法，而工業(yè)上可用甲醇催化脫氫制甲酸甲酯：
2CH₃OH（g）?HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H．已知：氣體分壓（P分）=氣體總壓（P總）×氣體的物質的量分數，用平衡分壓代替平衡濃度可以得到平衡常數K_p，如圖為上述反應的平衡常數K_p與溫度的關系圖．

①△H＞0 （填“＞”或“＜”）．
②在310℃下，將2mol 甲醇置于壓強為P₀的恒壓密閉容器中，20分鐘后到達平衡，平衡時甲醇和氫氣的分壓相等．計算：從開始到平衡時甲醇的平均反應速率0.05mol•min^-l，P₀5×10⁴P_a．
③若要進一步提高甲醇轉化率，除了可以適當改變反應溫度和分離出甲酸甲酯外，還可以采取的措施有分離氫氣、降低壓強．
（3）已知常溫下甲酸的電離常數K=1.8×10^-4，則pH=2甲酸的濃度約為0.56mol/L．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律計算，焓變△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）①升高溫度，化學平衡常數增大，表明升高溫度有利于正反應的進行；
②根據反應方程式，已知反應達平衡時，甲醇和氫氣的分壓相等，根據化學反應速率平均速率公式$\frac{△n}{△t}$計算，結合分壓平衡常數的定義計算；
③提高甲醇轉化率，除了從改變溫度，分離出甲酸甲酯考慮，還可以考慮改變另一種反應物濃度，改變壓強；
（3）根據甲酸的電離平衡常數計算．

解答 解：（1）根據蓋斯定律計算，焓變△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能，則△H=2E（C=O）+E（H-H）-E（C=O）-E（C-H）-E（C-O）-E（O-H）=-40kJ/mol，
故答案為：-40kJ/mol；
（2）①升高溫度，化學平衡常數增大，表明升高溫度有利于正反應的進行，因此正反應為吸熱反應，該反應焓變△H＞0，
故答案為；＞；
②已知反應達平衡時，甲醇和氫氣的分壓相等，反應為：2CH₃OH（g）?HCOOCH₃（g）+2H₂（g），設反應生成了xmolHCOOCH₃，則平衡時，n（CH₃OH）=（2-2x）mol，n（H₂）=2xmol，甲醇和氫氣的分壓相等，則二者物質的量也相等，可得x=0.5mol，反應過程中，甲醇轉化的物質的量為△n=1mol，則從開始到平衡時甲醇的平均反應速率$\frac{△n}{△t}$=$\frac{1mol}{20min}$=0.05mol/min，
根據分壓平衡常數的定義，310℃時的分壓平衡常數為K_p=$\frac{{p}^{2}（{H}_{2}）×p（HCOOC{H}_{3}）}{{p}^{2}（C{H}_{3}OH）}$=p（HCOOCH₃）=${p}_{0}×\frac{0.5}{2+0.5}$=100，可得p₀=500，即p₀=5×10⁴Pa，
故答案為：0.05；5×10⁴；
③提高甲醇轉化率，除了從改變溫度，分離出甲酸甲酯考慮，還可以考慮改變另一種反應物濃度，改變壓強，增大其中一種反應物的濃度可使另一反應物的轉化率升高，故可以考慮分離氫氣，降低壓強，
故答案為：分離氫氣；降低壓強；
（3）已知常溫下甲酸的電離常數K=1.8×10^-4，pH=2的甲酸，平衡時溶液中c（H⁺）=c（HCOO^-）=10^-2mol/L，則電離平衡常數K=$\frac{c（{H}^{+}）c（HCO{O}^{-}）}{c（HCOOH）}$=$\frac{1{0}^{-2}×1{0}^{-2}}{c（HCOOH）}$，可得c（HCOOH）=0.56mol/L，
故答案為：0.56．

點評 本題主要考查化學原理部分知識，包含蓋斯定律的應用，化學平衡的移動，分壓平衡常數的計算，弱電解質的電離平衡，考查綜合知識，均為常見題型，題目難度不大．