Question

【題目】煤的主要組成元素是碳、氫、氧、硫、氮，還有極少量的磷、砷、鍺、鎵、銦等元素，燃煤產(chǎn)生CxHy、SO2等大氣污染物，煤的氣化是高效、清潔利用煤炭的重要途徑之一。回答下列問題：

（1）鍺是第四周期第ⅣA族元素，其原子結(jié)構(gòu)示意圖為_______________________。

（2）利用煤的氣化獲得的水煤氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑作用下可以合成綠色燃料甲醇。

已知：H2O(l)=H2O(g) △H1=+44.0kJ/mol

CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(l) △H2=-3.0 kJ/mol

CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H3=-58.7 kJ/mol

寫出由CO 與 H2制備 CH3OH 氣體的熱化學(xué)方程式___________________________________。

（3）甲醇和CO2可直接合成碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3，簡稱DMC) ：

2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH4<0

①該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=_________________________。

②在恒溫恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____________(填標(biāo)號)。

A.v正(CH3OH)= 2v逆(H2O) B.容器內(nèi)氣體的密度不變

C.容器內(nèi)壓強不變 D.CH3OH與CO2的物質(zhì)的量之比保持不變

③一定條件下分別向甲、乙丙個恒容密團(tuán)容器中加入一定量的初始物質(zhì)發(fā)生該反應(yīng)，各容器中溫度、反應(yīng)物的起始量如下表，反應(yīng)過程中DMC的物質(zhì)的量依度隨時間變化如下圖所示：

容器	甲	乙	丙
容積（L）	0.5	0.5	V
溫度（℃）	T1	T2	T1
起始量	1molCO2(g)2molCH3OH(g)	1molDMC(g)1mol H2O (g)	2molCO2(g)2molCH3OH(g)

甲容器中，在5-15min中的平均反應(yīng)速率v(CO2) =_____________。乙容器中，若平衡時n(CO2) =0.2mol，則T1________T2（填“>”“<"或”=”）。甲、丙兩容器的反應(yīng)達(dá)平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率：甲________丙（填“>”“<"或”=”）。

（4）一定溫度下，用水吸收SO2氣體時，溶液中水的電離平衡_________移動（填“向左” “向右”或“不”）；若得到pH=4的H2SO3溶液，試計算溶液中=____________。SO2可用足量小蘇打溶液吸收，反應(yīng)的離子方程式是_________________________________。（已知該溫度下，H2SO3的電離常數(shù)：K1=4.5×10-2，K2=2.5×10-7，H2CO3的電離常數(shù)K1=8.4×10-7，K2=1.2×10-10）

Answer 1

【答案】 CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=-99.7kJ·mol-1 AC 0.05mol·L-l·min-1 > ＞ 向左 400 HCO3-+SO2=HSO3-+CO2

【解析】(1)鍺是第四周期第ⅣA族元素，其原子結(jié)構(gòu)示意圖為，故答案為：；

(2)已知：①H2O(l)=H2O(g) △H1=+44.0kJ/mol，②CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(l) △H2=-3.0 kJ/mol，③CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H3=-58.7 kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律計算③-①-②得到CO 與 H2生成 CH3OH 氣體反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-99.7 kJmol-1，故答案為：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-99.7kJmol-1；

(3)2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH4<0。

①化學(xué)平衡常數(shù)等于平衡時生成物的濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積，K=，故答案為：K=；

②A.v正(CH3OH)= 2v逆(H2O)，表示正逆反應(yīng)速率相等，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確； B.容器的體積不變，氣體的質(zhì)量不變，容器內(nèi)氣體的密度始終不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，錯誤；C.反應(yīng)恰好氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，容器內(nèi)壓強不變，說明各物質(zhì)的量不變，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確； D.CH3OH與CO2的物質(zhì)的量之比與反應(yīng)前加入的物質(zhì)的量有關(guān)，平衡時CH3OCOOCH3與H2O的物質(zhì)的量之比可能保持不變，也可能變化，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，錯誤；故選AC；

③甲容器中，在5-15min中的平均反應(yīng)速率v(CO2)= v(DMC) ===0.05 mol·L-l·min-1；根據(jù)表格數(shù)據(jù)，n(CO2)減小，平衡正向移動，因此是降溫的結(jié)果，因此T1＞T2；甲、丙兩容器相比，丙中加入了二氧化碳，平衡正向移動，但二氧化碳的轉(zhuǎn)化率降低，即平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率：甲＞丙，故答案為：0.05mol·L-l·min-1；>；＞；

(4)二氧化硫和水反應(yīng)生成亞硫酸，亞硫酸電離生成氫離子導(dǎo)致溶液中氫離子濃度增大，從而抑制水電離，即水的電離平衡向逆反應(yīng)方向移動； ===400；根據(jù)電離平衡常數(shù)可知，亞硫酸氫根離子的酸性小于碳酸，SO2可用足量小蘇打溶液吸收，反應(yīng)生成二氧化碳和亞硫酸氫根離子，反應(yīng)的離子方程式為HCO3-+SO2=HSO3-+CO2，故答案為：向左；400；HCO3-+SO2=HSO3-+CO2。