Question

【題目】I．甲醛在木材加工、醫藥等方面有重要用途。甲醇直接脫氫是工業上合成甲醛的新方法，制備過程涉及的主要反應如下：

反應I：CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g) ΔH1=+85.2kJ/mol

反應II：CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g) ΔH2

反應III：2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3=—483.6kJ/mol

（1）計算反應Ⅱ的反應熱ΔH2=__________________。

（2）肌肉中的肌紅蛋白(Mb)可與O2結合生成MbO2：Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)，其中k正和k逆分別表示正反應和逆反應的速率常數，即υ正=k正·c(Mb)·P(O2)，υ逆=k逆·c(MbO2)。37℃時測得肌紅蛋白的結合度(α)與P(O2)的關系如下表[結合度(α)指已與O2結合的肌紅蛋白占總肌紅蛋白的百分比]：

①計算37℃、P(O2)為2.00kPa時，上述反應的平衡常數K=_______。

P(O2)	0.50	1.00	2.00	3.00	4.00	5．00	6.00
α（MbO2%）	50.0	67.0	80.0	85.0	88.0	90.3	91.0

②導出平衡時肌紅蛋白與O2的結合度(α)與O2的壓強[P(O2)]之間的關系式α=_______(用含有k正、k逆的式子表示)。

II．CO2既是溫室氣體，也是重要的化工原料，以CO2為原料可合成多種有機物。

（3）CO2用于生產乙烯，已知：2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g) + 4H2O(g) ΔH＝QkJ/mol。一定條件下， 按不同的投料比X[X＝]向某容積可變的恒壓密閉容器中充入CO2、H2，測得不同投料比時CO2的轉化率與溫度的關系如圖所示。

①X1______X2（填“＞”或“＜”，后同），Q______0。

②圖中A、B、C三點對應的平衡常數KA、KB、KC的大小關系為______。

（4）常溫下，用NaOH溶液作CO2捕捉劑不僅可以降低碳排放，而且可得到重要的化工產品Na2CO3和NaHCO3。

①已知25℃時0.1mol / L的NaHCO3溶液的pH=8.3，試通過計算確定溶液中各離子濃度由大到小的順序為_____[已知：常溫下H2CO3的電離常數Ka1= 4.4×107、Ka2 = 5×1011 ]。

②欲用5LNa2CO3溶液將23.3gBaSO4固體全都轉化為BaCO3，則所用的Na2CO3溶液的物質的量濃度至少為____。

[已知：常溫下Ksp(BaSO4)=1×107、Ksp(BaCO3)=2.5×106 ]。(忽略溶液體積的變化)

Answer 1

【答案】-156.6kJ/mol 2.00 > < KA>KB＝KC c（Na+）>c（HCO3-）>c（CO32-）>c（OH-）>c（H+） 0.52mol/L

【解析】

I.（1）根據蓋斯定律求算。

（2）利用題給的反應式，當平衡時正、逆反應速率相等，而得出平衡常數表達式。再利用結合度的定義進行推導；

II.（3）①增大某一種反應物的用量，必然提高其它反應物的轉化率；溫度升高，反應物的轉化率降低，說明正向是放熱的；

②平衡常數是溫度的函數；

（4）通過所給的電離平衡常數的數據來判斷c(CO32-)與c(OH-)的相對大��；通過所給的溶度積數據和平衡常數定義式進行推導即可。

I.(1)根據蓋斯定律，反應II的反應熱△H2=△H1+△H3=-241.8kJ/mol+85.2kJ/mol=-156.6kJ/mol；

(2)根據所給表格中的數據可知，37℃、P(O2)=2.00kPa時，α(MbO2%)=80.0。根據反應式Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq)并由結合度的定義可知，反應達到平衡時，反應生成的MbO2和未反應的Mb的物質的量濃度之比為4：1，。當達到平衡時，正、逆反應速率相等，即k正c(Mb)·P(O2)=k逆c(MbO2)可得平衡常數；

②據上述推導可得平衡常數，變形得，代入結合度的定義有：α==；

II.(3)①X=，X越大，表明相對CO2來說，H2的投入料越多，而CO2的轉化率就越大，所以X1>X2；從圖中可以看出，隨著溫度的升高，CO2的轉化率降低，說明升溫平衡左移，該反應正向是放熱反應，即Q<0；

②B和C點對應的溫度相同，所以平衡常數相同，C點相對于A點是升高溫度，由于正向是放熱反應，所以升高溫度平衡常數將減小，所以A、B、C三點的平衡常數的大小關系為：KA>KB=KC；

(4)①0.1mol/LNaHCO3溶液的pH=8.3，可初步得出溶液中離子濃度大小關系為：c(Na+)>c(HCO3-)>c(OH-)>(H+)，再計算確定c(CO32-)和c(OH-)的相對大小。據pH=8.3可知c(OH-)=10-5.7mol/L；據，計算可得c(CO32-)=5×10-3.7mol/L>c(OH-)，所以溶液中離子濃度的大小順序為：c(Na+)>c(HCO3-)> c(CO32-)>c(OH-)>(H+)；

②設固體全部轉化時至少需要Na2CO3溶液的物質的量濃度為x，當BaSO4完全溶解后，所得5L溶液中c(SO42-)=÷5L=0.02mol/L，此時溶液中的c(CO32-)=(x-0.02)mol/L，由BaSO4(s)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)可知，此反應的平衡常數，解得x=0.52mol/L；