Question

10．甲酸鈣用途廣泛，可用于高硫煙氣脫硫助劑，也可作為制備草酸的中間體．據最新文獻，氫氧化鈣碳基化合成甲酸鈣的反應如下：
2CO+Ca（OH）₂═Ca（HCOO）₂                         反應1
（1）反應體系中存在以下兩個競爭反應
CO（g）+H₂O（g）?HCOOH（g）△H=-28.8kJ/moL         反應2
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=+41.2kJ/moL    反應3
①二氧化碳與氫氣直接合成甲酸的熱化學反應方程式為CO₂（g）+H₂（g）?HCOOH（g）△H=-70.0kJ/moL．
②為了更有利于生成甲酸鈣，應選擇的反應條件是較低的溫度和AC（填編號）．
A．催化劑B．低壓C．高壓
（2）如圖1是反應2和反應3，lnK與溫度T的關系；同一條件時反應2的K小于（填“大于”或“小于”）反應3的K，這對于反應2（填“反應2”或“反應3”）不利的．
 （3）以氫氧化鈣初始密度為0.097g/mL、CO的分壓為3.0MPa條件下催化反應，以氫氧化鈣轉化率Y%為坐標，時間為橫坐標得到如圖2象；

①根據圖象選擇合適的反應溫度453K；理由是溫度越高，反應速率越快，時間越短，但463K時，增幅不明顯，能耗反而增多，故選擇453K．
②當Y%為100%時，產物中甲酸鈣與碳酸鈣的質量比為50：1，氫氧化鈣有97.5%轉化為甲酸鈣．

Answer 1

分析 （1）①根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減構造目標熱化學方程式；
②使用催化劑可以加快反應速率，正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強有利于甲酸鈣生成；
（2）lnK屬于增函數，lnK值越大，K值越大，由圖可知，相同條件下反應2的lnK更小，故反應2的平衡常數小于反應3，反應2為放熱反應，反應3為吸熱反應，升高溫度有利于反應3向正反應方向移動；
（3）①溫度高反應速率快，但463K時，圖象與453K時幾乎重合，反應速率增快不明顯，應選擇453K；
②設甲酸鈣質量為130g，則碳酸鈣質量為2.6g，計算各自物質的量，由鈣元素守恒，轉化甲酸鈣的氫氧化鈣與甲酸鈣物質的量相等，由鈣元素守恒計算氫氧化鈣的總物質的量，進而計算轉化為甲酸鈣的氫氧化鈣占有的質量分數．

解答 解：（1）①已知：Ⅰ．CO（g）+H₂O（g）?HCOOH（g）△H=-28.8kJ/moL
Ⅱ．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=+41.2kJ/moL
根據蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ可得：CO₂（g）+H₂（g）?HCOOH（g）△H=-70.0kJ/moL，
故答案為：CO₂（g）+H₂（g）?HCOOH（g）△H=-70.0kJ/moL；
②使用催化劑可以加快反應速率，正反應為氣體體積減小的反應，平衡向正反應方向移動，增大壓強有利于甲酸鈣生成，
故選：AC；
（2）lnK屬于增函數，lnK值越大，K值越大，由圖可知，相同條件下反應2的lnK更小，故反應2的平衡常數小于反應3，反應2為放熱反應，反應3為吸熱反應，升高溫度有利于反應3向正反應方向移動，不利于反應2 進行，
故答案為：小于；反應2；
（3）①溫度越高，反應速率越快，時間越短，但463K時，圖象與453K時幾乎重合，反應速率增快不明顯，消耗能源反而增多，應選擇453K，
故答案為：453K；溫度越高，反應速率越快，時間越短，但463K時，增幅不明顯，能耗反而增多，故選擇453K；
②設甲酸鈣質量為130g，其物質的量為1mol，則碳酸鈣質量為$\frac{130g}{50}$=2.6g，其物質的量為$\frac{2.6g}{100g/mol}$=0.026mol，由鈣元素守恒，可知轉化甲酸鈣的氫氧化鈣為1mol，氫氧化鈣的總物質的量為1.026mol，故轉化為甲酸鈣的氫氧化鈣占總的$\frac{1mol}{1.026mol}$×100%=97.5%，
故答案為：97.5．

點評 本題考查熱化學方程式書寫、化學平衡圖象綜合應用、化學計算等，側重考查學生讀圖獲取信息能力、分析解決問題能力，難度中等．