Question

【題目】天然氣可以制備大量的化工原料。請回答下列問題：

（1）由天然氣制備合成氣(CO和H2)，進而可合成H2C2O4。

①欲加快H2C2O4溶液使5mL0.01mol/L酸性KMnO4溶液褪色，可采取的措施有__________、_______________(寫兩點)。

②下列可以證明H2C2O4是弱酸的是___________。

A.H2C2O4可以分解為CO、CO2和H2O

B.常溫下，0.1mol/LNaHC2O4溶液中c(HC2O4-)+c(C2O42-)<0.lmol/L

C.0.1mol/LH2C2O4溶液25mL可以消耗0.1mol/LNaOH溶液50mL

D.常溫下，0.05mol/L的H2C2O4溶液pH≈4

（2）已知：①CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g) △H1=-130kJ/mol

②CH4(g)C(s)+2H2(g) △H2=+76kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H20(g) △H3=+41kJ/mol

則CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g) △H=________。

（3）向2L容器中通入3molCO2、3molCH4，在不同溫度下，以鎳合金為催化劑，發生反應：CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)。平衡體系中CH4和CO2的體積分數如下圖。

①高溫下該反應能自發進行的原因是______________，930K時的平衡常數K=___________(保留兩位小數)。

②請解釋圖中曲線隨溫度變化的原因______________。

③在700～1100K內，同溫度下平衡轉化率：CO2________CH4(填“大于”、“ 小于”或“等于”)，結合（2）提供的反應分析，其原因可能是______________。

Answer 1

【答案】 升溫 增大H2C2O4濃度、加Mn2+催化劑(任兩點) BD +247kJ/mol △S>0 3.72moL2/L2 正反應吸熱，升溫平衡向正反應方向移動，反應物體積分數減小 大于 CO2+H2=CO+H2O副反應的量多于CH4 =C+2H2

【解析】（1）①升高溫度，增大H2C2O4濃度都可以使反應速率加快；正確答案：增大H2C2O4濃度、加Mn2+催化劑(任兩點)。

②H2C2O4可以分解為CO、CO2和H2O，只能證明H2C2O4不穩定，易發生分解；A錯誤；

NaHC2O4中HC2O-4 H++ C2O42-, HC2O4-+H2OH2C2O4+OH-,根據物料守恒：c(HC2O4-)+c(C2O42-)+ c(H2C2O4)=c(Na+)，所以0.1mol/LNaHC2O4溶液中c(HC2O4-)+c(C2O42-)<0.lmol/L,所以H2C2O4是弱酸，B正確；0.1mol/LH2C2O4溶液25mL可以消耗0.1mol/LNaOH溶液50mL恰好完全中和，不能證明H2C2O4是弱酸，C錯誤；常溫下，如果0.05mol/L的H2C2O4溶液為強酸，c(H=)=0.1mol/L，pH=1，而實際pH≈4，H2C2O4是弱酸，D正確；正確選項BD。

（2）根據蓋斯定律可知：②-①+③，可得CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g) △H=+247kJ/mol； 正確答案：CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g) △H=+247kJ/mol。

（3）①從圖像可知，溫度升高，平衡體系中CH4和CO2的體積分數，正反應為吸熱反應，△H>0，△S>0，高溫下該反應能自發進行；

設甲烷的變化量為x mol，容器的體積為2L；

根據反應：CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)

起始量 3 3 0 0

變化量 x x 2x 2x

平衡量 3-x 3-x 2x 2x

平衡體系中CH4的體積分數為20%，則（3-x）/ (3-x+3-x+2x+2x)=20%, x=9/7mol; 各物質濃度：c(CH4 )=6/7mol/L ;c(CO2)= 6/7mol/L；c(H2)=9/7mol/L; c( CO)= 9/7mol/L；c2(H2)×c2( CO)=(9/7)2×(9/7)2=(81/49)2，c(CH4 )×c(CO2)=6/7×6/7=36/42，930K時的平衡常數K=c2(H2)×c2( CO)/ c(CH4 )×c(CO2)= (81/49)2/36/42=3.72moL2/L2；正確答案：△S>0 ；3.72moL2/L2 。

②根據圖像變化可知，升高溫度，反應物體積分數減小，平衡右移，正反應為吸熱反應；正確答案：正反應吸熱，升溫平衡向正反應方向移動，反應物體積分數減小。

③在700～1100K內，同溫度下，二氧化碳體積分數小于甲烷的體積分數，說明二氧化碳消耗的多，平衡轉化率大于甲烷；其原因可能是CO2+H2=CO+H2O副反應的量多于CH4 =C+2H2；正確答案：大于；CO2+H2=CO+H2O副反應的量多于CH4 =C+2H2。