Question

【题目】天然气可以制备大量的化工原料。请回答下列问题：

（1）由天然气制备合成气(CO和H2)，进而可合成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__________、_______________(写两点)。

②下列可以证明H2C2O4是弱酸的是___________。

A.H2C2O4可以分解为CO、CO2和H2O

B.常温下，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.常温下，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

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

（3）向2L容器中通入3molCO2、3molCH4，在不同温度下，以镍合金为催化剂，发生反应：CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)。平衡体系中CH4和CO2的体积分数如下图。

①高温下该反应能自发进行的原因是______________，930K时的平衡常数K=___________(保留两位小数)。

②请解释图中曲线随温度变化的原因______________。

③在700～1100K内，同温度下平衡转化率：CO2________CH4(填“大于”、“ 小于”或“等于”)，结合（2）提供的反应分析，其原因可能是______________。

Answer 1

【答案】 升温 增大H2C2O4浓度、加Mn2+催化剂(任两点) BD +247kJ/mol △S>0 3.72moL2/L2 正反应吸热，升温平衡向正反应方向移动，反应物体积分数减小 大于 CO2+H2=CO+H2O副反应的量多于CH4 =C+2H2

【解析】（1）①升高温度，增大H2C2O4浓度都可以使反应速率加快；正确答案：增大H2C2O4浓度、加Mn2+催化剂(任两点)。

②H2C2O4可以分解为CO、CO2和H2O，只能证明H2C2O4不稳定，易发生分解；A错误；

NaHC2O4中HC2O-4 H++ C2O42-, HC2O4-+H2OH2C2O4+OH-,根据物料守恒：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正确；0.1mol/LH2C2O4溶液25mL可以消耗0.1mol/LNaOH溶液50mL恰好完全中和，不能证明H2C2O4是弱酸，C错误；常温下，如果0.05mol/L的H2C2O4溶液为强酸，c(H=)=0.1mol/L，pH=1，而实际pH≈4，H2C2O4是弱酸，D正确；正确选项BD。

（2）根据盖斯定律可知：②-①+③，可得CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g) △H=+247kJ/mol； 正确答案：CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g) △H=+247kJ/mol。

（3）①从图像可知，温度升高，平衡体系中CH4和CO2的体积分数，正反应为吸热反应，△H>0，△S>0，高温下该反应能自发进行；

设甲烷的变化量为x mol，容器的体积为2L；

根据反应：CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)

起始量 3 3 0 0

变化量 x x 2x 2x

平衡量 3-x 3-x 2x 2x

平衡体系中CH4的体积分数为20%，则（3-x）/ (3-x+3-x+2x+2x)=20%, x=9/7mol; 各物质浓度：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时的平衡常数K=c2(H2)×c2( CO)/ c(CH4 )×c(CO2)= (81/49)2/36/42=3.72moL2/L2；正确答案：△S>0 ；3.72moL2/L2 。

②根据图像变化可知，升高温度，反应物体积分数减小，平衡右移，正反应为吸热反应；正确答案：正反应吸热，升温平衡向正反应方向移动，反应物体积分数减小。

③在700～1100K内，同温度下，二氧化碳体积分数小于甲烷的体积分数，说明二氧化碳消耗的多，平衡转化率大于甲烷；其原因可能是CO2+H2=CO+H2O副反应的量多于CH4 =C+2H2；正确答案：大于；CO2+H2=CO+H2O副反应的量多于CH4 =C+2H2。