【題目】煤的主要組成元素是碳、氫、氧、硫、氮,還有極少量的磷、砷、鍺、鎵、銦等元素,燃煤產(chǎn)生CxHySO2等大氣污染物,煤的氣化是高效、清潔利用煤炭的重要途徑之一;卮鹣铝袉栴}:

(1)鍺是第四周期第ⅣA族元素,其原子結(jié)構(gòu)示意圖為_______________________。

(2)利用煤的氣化獲得的水煤氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑作用下可以合成綠色燃料甲醇。

已知:H2O(l)=H2O(g) △H1=+44.0kJ/mol

CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(l) △H2=-3.0 kJ/mol

CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H3=-58.7 kJ/mol

寫出由CO 與 H2制備 CH3OH 氣體的熱化學(xué)方程式___________________________________。

(3)甲醇和CO2可直接合成碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3,簡稱DMC) :

2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH4<0

①該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=_________________________。

②在恒溫恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng),能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____________(填標(biāo)號)。

A.v(CH3OH)= 2v(H2O) B.容器內(nèi)氣體的密度不變

C.容器內(nèi)壓強(qiáng)不變 D.CH3OH與CO2的物質(zhì)的量之比保持不變

③一定條件下分別向甲、乙丙個恒容密團(tuán)容器中加入一定量的初始物質(zhì)發(fā)生該反應(yīng),各容器中溫度、反應(yīng)物的起始量如下表,反應(yīng)過程中DMC的物質(zhì)的量依度隨時間變化如下圖所示:

容器

容積(L)

0.5

0.5

V

溫度(℃)

T1

T2

T1

起始量

1molCO2(g)2molCH3OH(g)

1molDMC(g)1mol H2O (g)

2molCO2(g)2molCH3OH(g)

甲容器中,在5-15min中的平均反應(yīng)速率v(CO2) =_____________。乙容器中,若平衡時n(CO2) =0.2mol,則T1________T2(填“>”“<"或”=”)。甲、丙兩容器的反應(yīng)達(dá)平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率:甲________丙(填“>”“<"或”=”)。

(4)一定溫度下,用水吸收SO2氣體時,溶液中水的電離平衡_________移動(填“向左” “向右”或“不”);若得到pH=4的H2SO3溶液,試計算溶液中=____________SO2可用足量小蘇打溶液吸收,反應(yīng)的離子方程式是_________________________________。(已知該溫度下,H2SO3的電離常數(shù):K1=4.5×10-2,K2=2.5×10-7,H2CO3的電離常數(shù)K1=8.4×10-7K2=1.2×10-10

【答案】 CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=-99.7kJ·mol-1 AC 0.05mol·L-l·min-1 > 向左 400 HCO3-+SO2=HSO3-+CO2

【解析】(1)鍺是第四周期第ⅣA族元素,其原子結(jié)構(gòu)示意圖為,故答案為:

(2)已知:①H2O(l)=H2O(g) H1=+44.0kJ/mol,CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(l) H2=-3.0 kJ/mol,CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) H3=-58.7 kJ/mol,根據(jù)蓋斯定律計算③--②得到CO H2生成 CH3OH 氣體反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)H=-99.7 kJmol-1,故答案為:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)H=-99.7kJmol-1

(3)2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH4<0。

①化學(xué)平衡常數(shù)等于平衡時生成物的濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積,K=,故答案為:K=

A.v(CH3OH)= 2v(H2O),表示正逆反應(yīng)速率相等,能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),正確; B.容器的體積不變,氣體的質(zhì)量不變,容器內(nèi)氣體的密度始終不變,不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),錯誤;C.反應(yīng)恰好氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化,容器內(nèi)壓強(qiáng)不變,說明各物質(zhì)的量不變,能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),正確; D.CH3OHCO2的物質(zhì)的量之比與反應(yīng)前加入的物質(zhì)的量有關(guān),平衡時CH3OCOOCH3H2O的物質(zhì)的量之比可能保持不變,也可能變化,不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),錯誤;故選AC

③甲容器中,在5-15min中的平均反應(yīng)速率v(CO2)= v(DMC) ===0.05 mol·L-l·min-1;根據(jù)表格數(shù)據(jù),n(CO2)減小,平衡正向移動,因此是降溫的結(jié)果,因此T1T2甲、丙兩容器相比,丙中加入了二氧化碳,平衡正向移動,但二氧化碳的轉(zhuǎn)化率降低,即平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率:甲>丙,故答案為:0.05mol·L-l·min-1>;>;

(4)二氧化硫和水反應(yīng)生成亞硫酸,亞硫酸電離生成氫離子導(dǎo)致溶液中氫離子濃度增大,從而抑制水電離,即水的電離平衡向逆反應(yīng)方向移動; ===400;根據(jù)電離平衡常數(shù)可知,亞硫酸氫根離子的酸性小于碳酸,SO2可用足量小蘇打溶液吸收,反應(yīng)生成二氧化碳和亞硫酸氫根離子,反應(yīng)的離子方程式為HCO3-+SO2=HSO3-+CO2故答案為:向左;400;HCO3-+SO2=HSO3-+CO2。

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