Question

【題目】甲酸是基本有機化工原料之一，廣泛用于農藥、皮革、染料、醫(yī)藥和橡膠等工業(yè)。

（1）已知熱化學反應方程式：

I:HCOOH(g)CO(g)+H2O(g) △H1=+72.6kJmol－1；

II：2CO(g)+O2(g)2CO2(g) △H 2=－566.0kJmol－1；

III：2H2(g)+O2(g)2H2O(g) △H 3=－483.6kJmol－1

則反應IV：CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)的△H =____________kJmol－1。

（2）查閱資料知在過渡金屬催化劑存在下，CO2(g)和H2 (g)合成HCOOH(g)的反應分兩步進行:第一步:CO2(g)+H2(g)+M(s)→MHCOOH(s)；第二步:___________________。

①第一步反應的△H _________0(填“>”或“<”)。

②第二步反應的方程式為________________________。

③在起始溫度、體積都相同的甲、乙兩個密閉容器中分別投入完全相同的H2(g)和CO2(g)，甲容器保持恒溫恒容，乙容器保持絕熱恒容，經測定，兩個容器分別在t1、t2時刻恰好達到平衡，則t1_________t2(填“>”、“<”或“=”)。

（3）在體積為1L的恒容密閉容器中，起始投料n(CO2)=1mol，以CO2(g)和H2(g)為原料合成HCOOH(g)，HCOOH平衡時的體積分數隨投料比［］的變化如圖所示：

①圖中T1、T2表示不同的反應溫度，判斷T1____________T2(填“〉”、“<”或“=” ) ，依據為____________________。

②圖中a=______________。

③A、B、C三點CO2（g）的平衡轉化率αA、αB、αC由大到小的順序為____________。

④T1溫度下，該反應的平衡常數K=______________（計算結果用分數表示）。

Answer 1

【答案】-31.4 < M·HCOOH(s)=HCOOH(g)+M(s) > < 該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，從圖像中可知在相同投料比時，T1溫度下產物的體積分數大于T2溫度下產物的體積分數，則T1< T2； 1 >>

【解析】

（1）根據蓋斯定律進行求算；

（2）①由△G=△H -T△S <0進行判斷；

②總反應減去第一步反應可得第二步反應的方程式；

③甲容器恒溫恒容，乙容器恒容絕熱，由于該反應放熱，所以乙容器的溫度高于甲容器，所以乙容器反應速率較快，所以甲容器中反應達平衡所需時間比乙容器中的長；

（3）①該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動；

②根據反應CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)及投料比［］進行分析；

③氫氣的量越大，即投料比［］越大，CO2的轉化率越大；

④根據三段式進行計算。

（1）已知I:HCOOH(g)CO(g)+H2O(g) △H1=+72.6kJmol－1；

II：2CO(g)+O2(g)2CO2(g) △H 2=－566.0kJmol－1；

III：2H2(g)+O2(g)2H2O(g) △H 3=－483.6kJmol－1

根據蓋斯定律，由III-I- II得反應IV：CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) △H = (－483.6kJmol－1)-72.6kJmol－1- (－566.0kJmol－1)=-31.4kJmol－1；

（2）①第一步反應CO2(g)+H2(g)+M(s)→MHCOOH(s)為熵減的反應，即△S<0，能自發(fā)進行，則△G=△H -T△S <0，故△H<0；

②CO2(g)和H2 (g)合成HCOOH(g)的總反應為CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)；第一步:CO2(g)+H2(g)+M(s)=MHCOOH(s)；總反應減去第一步反應可得第二步反應的方程式為M·HCOOH(s)=HCOOH(g)+M(s)；

③甲容器恒溫恒容，乙容器恒容絕熱，由于該反應放熱，所以乙容器的溫度高于甲容器，所以乙容器反應速率較快，所以甲容器中反應達平衡所需時間比乙容器中的長，則t1>t2；

（3）①該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，從圖像中可知在相同投料比時，T1溫度下產物的體積分數大于T2溫度下產物的體積分數，則T1< T2；

②根據反應CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)，當投料比［］=1，即a=1時，恰好達到最大轉化，HCOOH平衡時的體積分數最大；

③氫氣的量越大，即投料比［］越大，CO2的轉化率越大，故A、B、C三點CO2（g）的平衡轉化率αA、αB、αC由大到小的順序為>>；

④T1溫度下，在體積為1L的恒容密閉容器中，起始投料n(CO2)=1mol，C點時投料比［］=2，則n(H2)=2mol，HCOOH平衡時的體積分數為5%，設平衡時CO2轉化率為x，則：

CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)

開始時的濃度(mol/L) 1 2 0

改變的濃度(mol/L) x x x

平衡時的濃度(mol/L)1-x 2-x x

則有，解得x=；該反應的平衡常數K==。