Question

【题目】2019年厦门大学王野教授课题组在合成气(主要成分CO和H2)催化转化制乙醇方面实施可控接力催化，按照:合成气→甲醇→乙酸→乙醇的方式，成功实现乙醇的高选择性合成。

（1）已知：①H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H1=-285.8KJ/mol；②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283KJ/mol；③CH3OH(g)+O2(g)= CO2(g)+2 H2O(l) △H3=-764.6 KJ/mol；

则工业上利用合成气制备甲醇的可逆反应热化学方程式为______________________；

（2）恒温恒容条件下，下列能说明合成气制甲醇的反应已达平衡状态的是_______；

A．单位时间内生成n mol CO的同时生成2n mol H2

B． v(H2)正= 2v(CH3OH)逆

C．容器内气体的密度保持不变

D．容器中气体的平均摩尔质量保持不变

（3）利用天然气制取合成气的原理为: CO2(g)+CH4(g)= 2CO(g)+ 2H2(g)，在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 molL-1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示，则压强P1______P2 (填“大于”或“小于”)；压强为P2时，在Y点：v(正)_____v(逆) (填“大于”、“小于”或“等于”)，求Y点对应温度下的该反应的平衡常数K=________ (计算结果保留两位有效数字)。

（4）以二氧化钛表面覆盖CuAlO4为催化剂，可以将CH4和CO2直接转化成乙酸。

①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如下图所示。250-300°C时，温度升高面乙酸的生成速率降低的原因是____；

②为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是_____________________；

（5）一定条件下，甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸。常温条件下，将a mol/L的CH3COOH溶液与b mol/ Ba(OH)2溶液等体积混合，反应平衡时，2c(Ba2+)=c(CH3COO-)，用含a和b的代数式表示，该混合溶液中醋酸的电离常数为________。

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=-90KJmol-1 BD 小于 大于 1.6mol2/L2 温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低 增大反应压强或增大CO2的浓度

【解析】

（1）工业上利用合成气CO和H2制备甲醇，根据盖斯定律，①×2+②-③可得CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=2△H1+△H2-△H3=2×（-285.8KJ/mol）+（-283KJ/mol）-（-764.6 KJ/mol）=-90KJmol-1；

（2）恒温恒容条件下A．单位时间内生成n mol CO的同时生成2n mol H2，只有逆反应，不能说明达到平衡，可以改为单位时间内生成n mol CO的同时消耗2n mol H2，；B．不同物质的正逆化学反应速率呈系数比，v(H2)正= 2v(CH3OH)逆，可以说明达到平衡；C．容器内气体的密度始终为定值不变，故密度保持不变不能说明达到平衡，错误；D．容器中气体的平均摩尔质量会逐渐增大，当达到平衡，平均摩尔质量保持不变，可以说明达到平衡，以此以上能说明合成气制甲醇的反应已达平衡状态BD；

（3）CH4的平衡转化率-T-P，在相同条件下保持温度不变，增大压强平衡向气体粒子数目减小的方向移动，该反应逆向移动，CH4的平衡转化率降低，故压强越大平衡转化率越低，P1平衡转化率高，故压强P1＞P2 ；压强为P2时，x点为平衡状态，y点未达到平衡，且此时产率低于平衡时刻，故向正向移动，v(正)＞v(逆)；在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 mol·L-1的CH4与CO2，x点对应的平衡转化率为80%，可得平衡时c (CH4)=c(CO2)= 0.02 mol·L-1，c (H2)=c(CO)= 0.16 mol·L-1，x点与y点温度相同，故平衡常数相同，因此y点对应的平衡常数K==；

（4）①由图可知，温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低；

②CH4+ CO2CH3COOH，增大反应压强平衡正移，可以提高甲烷转化率；增大CO2的浓度平衡正移，可以提高甲烷的转化率；

（5）常温条件下，将a mol·L-1CH3COOH溶液与b mol·L-1Ba(OH)2溶液等体积混合， c(Ba2+)为原来浓度的一半，2c(Ba2+)=c(CH3COO-)=b，c(CH3COOH)=a-b，且根据电荷守恒溶液呈中性，混合溶液中醋酸的电离常数为K===。