Question

【題目】CO、CO2的轉(zhuǎn)化再利用能夠很好的減少溫室效應(yīng)，給環(huán)境問(wèn)題的解決提供了一個(gè)很好的方法。其中用有機(jī)合成的方式可以合成醋酸、甲醇等，用無(wú)機(jī)方式轉(zhuǎn)化為碳酸鹽或者碳酸氫鹽。

I.(1)土壤中也含有碳酸鹽，土壤中Na2CO3含量較高時(shí)，pH可高達(dá)10.5，試用離子方程式解釋土壤呈堿性的原因:_______________。加入石膏(CaSO4·5H2O)可以使土壤堿性降低，原因是(用化學(xué)用語(yǔ)表達(dá))_____________________________。

(2)常溫下在20mL0.1mol/LNa2CO3溶液中逐滴加入40mL0.1mol/LHCl溶液，溶液中含碳元素的各種微粒(CO2因逸出未畫(huà)出)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(縱軸)隨溶液pH變化的部分情況如圖所示。回答下列問(wèn)題:

①在同一溶液中，H2CO3、HCO3-、CO32-_____(填“能”或“不能”)大量共存。

②溶液中各種粒子的物質(zhì)的量濃度關(guān)系正確的是為_______。

A.pH=11時(shí):c(Na+)>c(H2CO3)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)

B.pH=11時(shí):c(HCO3-)>c(Cl-)

C.pH=7時(shí): c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)=c(H+)

D.pH=11時(shí): c(Na+)+c(H+)=3c(CO32-)+c(OH-)

③計(jì)算出碳酸鈉的水解平衡常數(shù)為________。

II.醋酸成本低，在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。

(1)若某溫度下,CH3COOH(aq)與NaOH(aq)反應(yīng)的△H=-46.8kJ/mol，則H2SO4(aq)與NaOH(aq)的中和熱為57.3kJ/mol，則CH3COOH在水溶液中電離的△H=_________。

(2)近年來(lái)化學(xué)家研究開(kāi)發(fā)出用乙烯和乙酸為原料、雜多酸作催化劑合成乙酸乙酯的新工藝，不必生產(chǎn)乙醇或乙醛做中間體，使產(chǎn)品成本降低，具有明顯經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì).其合成的基本反應(yīng)如下： CH2=CH2（g）+CH3COOH(l) CH3COOC2H5(l) 該反應(yīng)類型是______，為提高乙酸乙酯的合成速率和產(chǎn)率，可以采取的措施有________(任寫(xiě)出一條)。

(3)在n(乙烯)與n(乙酸)物料比為1的條件下，某研究小組在保持不同壓強(qiáng)下進(jìn)行了在相同時(shí)間點(diǎn)乙酸乙酯的產(chǎn)率隨溫度的變化的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。

回答下列問(wèn)題:

①溫度在60～80℃范圍內(nèi)，乙烯與乙酸酯化合成反應(yīng)速率由大到小的順序是______[用v(P1).v(P2)、v(P3)分別表示不同壓強(qiáng)下的反應(yīng)速率]；

②a、b、c三點(diǎn)乙烯的轉(zhuǎn)化率從大到小順序______。

③P1下乙酸乙酯的產(chǎn)率60℃～90℃時(shí)，先升高后降低的原因是_______，根據(jù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，較適宜的生產(chǎn)條件是___________(合適的壓強(qiáng)和溫度)。

Answer 1

【答案】 CO32-+H2OHCO3-+OH- CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42- 不能 B 1×10-3 +10.5kJ/mol 加成反應(yīng) 通入乙烯氣體或增大壓強(qiáng) v(P1)>v(P2)>v(P3) c>b>a 60℃~80℃反應(yīng)從正方向開(kāi)始，未達(dá)平衡，溫度高反應(yīng)速率大，乙酸乙酯產(chǎn)率高；80℃時(shí)反應(yīng)已達(dá)平衡且正反應(yīng)放熱，故壓強(qiáng)不變升高溫度平衡逆向移動(dòng)產(chǎn)率下降 P1MPa、80℃

【解析】I.(1)Na2CO3為強(qiáng)堿弱酸鹽，CO32-結(jié)合水電離的氫離子，生成HCO3-、H2CO3，破壞水的電離平衡，使土壤呈堿性，離子方程式CO32-+H2OHCO3-+OH-，加入石膏(CaSO42H2O)后，與Na2CO3反應(yīng)生成CaCO3，CO32-濃度降低，CO32-水解平衡向左移動(dòng)，OH-濃度降低，反應(yīng)方程式為CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-，故答案為：CO32-+H2OHCO3-+OH-；CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-；

(2)常溫下在20mL0.1mol/L Na2CO3溶液中逐滴加入0.1mol/L HCl溶液40mL，先反應(yīng)生成碳酸氫鈉，再與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳、水，結(jié)合圖像可知，曲線a為CO32-，曲線b為HCO3-，曲線c為H2CO3。

①由反應(yīng)及圖像可知，在同一溶液中，H2CO3、HCO3-、CO32-不能大量共存，故答案為：不能；

②A. pH=11時(shí)，溶液中含有等濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉和氯化鈉，溶液中幾乎沒(méi)有H2CO3，因此c(CO32-)>c(H2CO3)，故A錯(cuò)誤；B.pH=11時(shí)，溶液中含有等濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉和氯化鈉，溶液顯堿性，以碳酸鈉水解為主，因此c(HCO3-)>c(Cl-)，故B正確；C.當(dāng)pH=7時(shí)，溶液中溶質(zhì)為碳酸氫鈉和氯化鈉，碳酸氫鈉水解溶液顯堿性，溶液中幾乎沒(méi)有CO32-，因此c(OH-)=c(H+)>c(CO32-)，故C錯(cuò)誤；D.pH=11時(shí)，c(CO32-)=c(HCO3-)，溶液中含有等濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉和氯化鈉，根據(jù)電荷守恒，c(Na+)+ c(H+)=2c(CO32-)+ c(OH-)+ c(HCO3-)+ c(Cl-)=3 c(CO32-)+ c(OH-)+ c(Cl-)，故D錯(cuò)誤；故選B；

③碳酸鈉的水解常數(shù)Kh=，根據(jù)圖像，pH=11時(shí)，c(CO32-)=c(HCO3-)，則Kh== c(OH-)===1×10-3，故答案為：1×10-3；

II.(1)醋酸是弱酸存電離平衡，電離方程式為：CH3COOHCH3COO-+H+，①CH3COOH(aq) +OH-(aq)═CH3COO-(aq)+H2O(l) △H=-46.8kJmol-1，②H+(aq)+OH-(aq)═H2O(l) △H=-57.3kJmol-1，用①-②可得CH3COOH電離的熱化學(xué)方程式為：CH3COOH(aq)H+(aq)+CH3COO-(aq) △H=-46.8kJmol-1-(-57.3kJmol-1)=+10.5kJmol-1，故答案為：+10.5kJmol-1；

(2)根據(jù)CH2=CH2(g)+CH3COOH(l) CH3COOC2H5(l)，該反應(yīng)為加成反應(yīng)，為提高乙酸乙酯的合成速率和產(chǎn)率，改變條件加快反應(yīng)速率且平衡正向進(jìn)行，可以增大反應(yīng)物濃度或增大壓強(qiáng)等，故答案為：加成反應(yīng)；通入乙烯氣體或增大壓強(qiáng)；

(3)①CH2═CH2(g)+CH3COOH(l)CH3COOC2H5(l)，溫度一定壓強(qiáng)增大平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，圖像分析可知P1＞P2＞P3，則溫度在60～80℃范圍內(nèi)，乙烯與乙酸酯化合成反應(yīng)速率由大到小的順序是v(P1)＞v(P2)＞v(P3)，故答案為：v(P1)＞v(P2)＞v(P3)；

②根據(jù)CH2═CH2(g)+CH3COOH(l)CH3COOC2H5(l)，壓強(qiáng)越大，乙烯的轉(zhuǎn)化率越大，根據(jù)①的分析，P1＞P2＞P3，則轉(zhuǎn)化率c>b>a，故答案為：c>b>a；

③由圖象可知，60℃~80℃反應(yīng)從正方向開(kāi)始，未達(dá)平衡，溫度高反應(yīng)速率大，乙酸乙酯產(chǎn)率高；P1 MPa、80℃時(shí)反應(yīng)已達(dá)平衡且正反應(yīng)放熱，故壓強(qiáng)不變升高溫度平衡逆向移動(dòng)產(chǎn)率下降；選擇適宜條件使得乙酸乙酯產(chǎn)率達(dá)到最大，圖像中乙酸乙酯產(chǎn)率最大的條件是：P1 MPa、80℃，故答案為：60℃~80℃反應(yīng)從正方向開(kāi)始，未達(dá)平衡，溫度高反應(yīng)速率大，乙酸乙酯產(chǎn)率高；80℃時(shí)反應(yīng)已達(dá)平衡且正反應(yīng)放熱，故壓強(qiáng)不變升高溫度平衡逆向移動(dòng)產(chǎn)率下降；P1 MPa、80℃。