Question

【題目】大氣中CO2含量的增加會加劇溫室效應，為減少其排放，需將工業生產中產生的CO2分離出來進行儲存和利用。

(1)CO2溶于水生成碳酸，碳酸和亞硝酸(HNO2)的電離常數如下表所示，下列事實中，能說明亞硝酸酸性比碳酸強的是(填字母代號)____________。

弱酸	HNO2	H2CO3
電離常數	Ka=5.1×10-4	Ka1=4.6×10-7
		Ka2=5.6×10-11

A 常溫下，亞硝酸電離常數比碳酸一級電離常數大

B 亞硝酸的氧化性比碳酸的氧化性強

C 亞硝酸與碳酸鈉反應生成CO2

D 相同濃度的碳酸鈉溶液的pH比亞硝酸鈉的大

(2).CO2與NH3反應可合成尿素[化學式為CO(NH2)2]，反應2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(1)+H2O(g)在合成塔中進行，圖中Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三條曲線分別表示溫度為T℃時，按不同氨碳比和水碳比投料時，二氧化碳平衡轉化率的情況。

①曲線Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ中水碳比的數值分別為0.6～0.7，1～1.1，1.5～1.6，則生產中應選用的水碳比數值范圍是____________。

②推測生產中氨碳比應控制在____________(選填“4.0”或“4.5”)左右比較適宜。

③若曲線Ⅱ中水碳比為1，初始時CO2的濃度為1mol/L，則T℃時該反應的平衡常數K=____________(保留有數數字至小數點后兩位)。

(3)以TiO2/Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化為乙酸，請寫出該反應的化學方程式：____________。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系如圖所示。在溫度為____________時，催化劑的活性最好，效率最高。請解釋圖中250～400℃時乙酸生成速率變化的原因：250～300℃時____________；300～400℃時____________。

Answer 1

【答案】AC 0.6～0.7 4.0 0.59 250℃ 催化劑效率下降是影響乙酸生成速率的主要原因 溫度升高是影響乙酸生成速率的主要原因

【解析】

（1）A、相同條件下，酸的電離平衡常數越大，酸性越強，根據表中數據，HNO2的電離平衡常數大于碳酸的一級電離常數，說明HNO2的酸性強于H2CO3，故A符合題意；

B、氧化性強弱與酸性強弱無關，故B不符合題意；

C、利用酸性強的制取酸性弱的，亞硝酸與碳酸鈉反應生成CO2，說明亞硝酸的酸性強于碳酸，故C符合題意；

D、利用越弱越水解，Na2CO3對應的是HCO3－，NaNO2對應的是HNO2，相同濃度碳酸鈉溶液的pH比亞硝酸的大，說明HCO3－電離出H＋能力弱于HNO2，不能說明HNO2和H2CO3的酸性強弱，故D不符合題意；

（2）①氨碳比相同時，曲線I的CO2的轉化率大，因此生產中選用水碳比數值范圍是0.6～0.7；

②氨碳比在4.5時，需要氨氣較多，根據圖像分析，CO2的轉化率增大不多，提高生產成本，所以氨碳比控制在4.0左右；

③曲線Ⅱ中水碳比為1，初始時CO2濃度為1mol·L－1，則c(H2O)=1mol·L－1，氨碳比為4時，CO2的轉化率為63%，c(NH3)=4mol·L－1，則

2NH3＋CO2CO(NH2)2＋H2O，

起始： 4 1 1

變化： 1.26 0.63 0.63

平衡： 2.74 0.37 1.63

平衡常數K=≈0.59；

（3）CO2和CH4發生反應：CO2＋CH4CH3COOH；根據圖像，當溫度為250℃時，乙酸的生成速率最大，催化劑的催化效率最大；在250℃～300℃過程中，催化劑是影響速率的主要因素，因此催化效率的降低，導致反應速率也降低；而在300℃～400℃時催化效率低且變化程度小，但反應速率增加較明顯，因此該過程中溫度是影響速率的主要因素，溫度越高，反應速率越大。