甲醇是有机化工原料和优质燃料，主要应用于精细化工、塑料等领域，也是农药、医药的重要原料之一．回答下列问题：（1）工业上可用CO2和H2反应合成甲醇．已知25℃、101kPa下：H2（g）+ 1 2 O2（g）═H2O（g）△H2=-242kJ/mol-1CH2OH（g）+ 3 2 O2═CO2（g）+2H2O（g） ）△H2=-676kJ/mol-1①写出CO2与H2反应生成CH2OH与H2O（g）的热化学方程式：
2019-11-23
甲醇是有机化工原料和优质燃料，主要应用于精细化工、塑料等领域，也是农药、医药的重要原料之一．回答下列问题：
（1）工业上可用CO2和H2反应合成甲醇．已知25℃、101kPa下：
H2（g）+ O2（g）═H2O（g）△H2=-242kJ/mol-1
CH2OH（g）+ O2═CO2（g）+2H2O（g） ）△H2=-676kJ/mol-1
①写出CO2与H2反应生成CH2OH与H2O（g）的热化学方程式：___．
②下列表示该合成甲醇反应的能量变化示意图中正确的是___（填字母）．
③合成甲醇所需的H2可由下列反应制取：H2O（g）+CO（g）⇌H2（g）+CO2（g），某温度下该反应的平衡常数K=1，若起始时c（CO）=1mol•L-1，c（H2O）=2mol•L-1，则达到平衡时H2O的转化率为___．
（2）CO和H2反应也能合成甲醇：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）△H=-90.1kJ•mol-1，在250℃下，将一定量的CO和H2投入10L的恒容密闭容器中，各物质的浓度（mol•L-1）变化如下表所示（前6min没有改变条件）：
| | 2min | 4min | 6min | 8min | … |
| CO | 0.07 | 0.06 | 0.06 | 0.05 | … |
| H2 | x | 0.12 | 0.12 | 0.2 | … |
| CH3OH | 0.03 | 0.04 | 0.04 | 0.05 | … |
①x=___，250℃时该反应的平衡常数K=___．
②若6～8min时只改变了一个条件，则改变的条件是___，第8min时，该反应是否达到平衡状态？___（填“是”或“不是”）．
（3）CH3OH在催化剂条件下可以被直接氧化成HCOOH．在常温下，20.00mL0.1000mol•L-1NaOH溶液与等体积、等浓度HCOOH溶液混合后所得溶液中各离子浓度大小关系为___．
优质解答
（1）①已知：Ⅰ．H2（g）+O2（g）═H2O（g）△H2=-242kJ/mol-1
Ⅱ．CH2OH（g）+O2═CO2（g）+2H2O（g）△H2=-676kJ/mol-1
根据盖斯定律，Ⅰ×3-Ⅱ可得：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g），△H=3×（-242kJ/mol）-（-676kJ/mol）=-50 kJ/mol，
故热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-50 kJ/mol；
故答案为：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-50 kJ/mol；
②气态产物能量比液态产物能量高，由①分析可知，合成甲醇的反应为放热反应，反应物的能量高于生成物的能量，则符合条件的图象是a，
故选：a；
③若起始时c（CO）=1mol•L-1，c（H2O）=2mol•L-1，设H2O的浓度变化量为xmol/L，则：
H2O（g）+CO（g）⇌H2（g）+CO2（g）
起始量（mol/L）：2 1 0 0
变化量（mol/L）：x x x x
平衡量（mol/L）：2-x 1-x x x
则=4，解得x=，
故水的转化率为×100%=33.3%，
故答案为：33.3%；
（2）①由表中数据可知，从2min到4min，CO的浓度变化量为（0.07-0.06）mol/L=0.01mol/L，根据方程式可知氢气的浓度变化量为0.01mol/L×2=0.02mol/L，2min时氢气浓度=0.12mol/L+0.02mol/L=0.14mol/L，
4min与6min时，CO浓度相等，则4min、6min时反应处于平衡状态，故平衡常数K===46.3，
故答案为：0.14；46.3；
②对比6min和8min时各物质的浓度可知改变条件后反应反应向正方向进行，按照转化量之比等于计量系数之比△C（CO）：△C（H2）：△C（CH3OH）=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三种物质的浓度应为：（0.06-0.01）mol/L、（0.12-0.02）mol/L、（0.04+0.01）mol/L，而8min后氢气的浓度为0.2mol/L，所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氢气；
8min时浓度商Qc==25<K=46.3，故8min时不是平衡状态，反应向正反应进行，
故答案为：加入1mol氢气；不是；
（3）在常温下，20.00mL0.1000mol•L-1NaOH溶液与等体积、等浓度HCOOH溶液混合后所得溶液为HCOONa，溶液中HCOO-水解，溶液呈碱性，溶液中各离子浓度大小关系为：c（Na+）>c（HCOO-）>c（OH-）>c（H+），
故答案为：c（Na+）>c（HCOO-）>c（OH-）>c（H+）．
（1）①已知：Ⅰ．H2（g）+O2（g）═H2O（g）△H2=-242kJ/mol-1
Ⅱ．CH2OH（g）+O2═CO2（g）+2H2O（g）△H2=-676kJ/mol-1
根据盖斯定律，Ⅰ×3-Ⅱ可得：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g），△H=3×（-242kJ/mol）-（-676kJ/mol）=-50 kJ/mol，
故热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-50 kJ/mol；
故答案为：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-50 kJ/mol；
②气态产物能量比液态产物能量高，由①分析可知，合成甲醇的反应为放热反应，反应物的能量高于生成物的能量，则符合条件的图象是a，
故选：a；
③若起始时c（CO）=1mol•L-1，c（H2O）=2mol•L-1，设H2O的浓度变化量为xmol/L，则：
H2O（g）+CO（g）⇌H2（g）+CO2（g）
起始量（mol/L）：2 1 0 0
变化量（mol/L）：x x x x
平衡量（mol/L）：2-x 1-x x x
则=4，解得x=，
故水的转化率为×100%=33.3%，
故答案为：33.3%；
（2）①由表中数据可知，从2min到4min，CO的浓度变化量为（0.07-0.06）mol/L=0.01mol/L，根据方程式可知氢气的浓度变化量为0.01mol/L×2=0.02mol/L，2min时氢气浓度=0.12mol/L+0.02mol/L=0.14mol/L，
4min与6min时，CO浓度相等，则4min、6min时反应处于平衡状态，故平衡常数K===46.3，
故答案为：0.14；46.3；
②对比6min和8min时各物质的浓度可知改变条件后反应反应向正方向进行，按照转化量之比等于计量系数之比△C（CO）：△C（H2）：△C（CH3OH）=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三种物质的浓度应为：（0.06-0.01）mol/L、（0.12-0.02）mol/L、（0.04+0.01）mol/L，而8min后氢气的浓度为0.2mol/L，所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氢气；
8min时浓度商Qc==25<K=46.3，故8min时不是平衡状态，反应向正反应进行，
故答案为：加入1mol氢气；不是；
（3）在常温下，20.00mL0.1000mol•L-1NaOH溶液与等体积、等浓度HCOOH溶液混合后所得溶液为HCOONa，溶液中HCOO-水解，溶液呈碱性，溶液中各离子浓度大小关系为：c（Na+）>c（HCOO-）>c（OH-）>c（H+），
故答案为：c（Na+）>c（HCOO-）>c（OH-）>c（H+）．