Question

【題目】甲酸是有機化工原料，也用作消毒劑和防腐劑，回答下列問題：

（l）以下為一些化學鍵的鍵能數據

化學鍵	H-H	C=O	C-O	O-H	C-H
鍵能（kJ/mol）	436	728	326	464	414

合成甲酸的方法之一為CO2(g)＋H2(g) HCOOH(l) △H，則△H_______。

（2）甲酸甲酯水解制甲酸也是常見方法，而工業上可用甲醇催化脫氫制甲酸甲酯：

2 CH3OH(g) HCOOCH3(g)+2H2(g) △H。已知：氣體分壓（P分）＝氣體總壓（P總）×氣體的物質的量分數，用平衡分壓代替平衡濃度可以得到平衡常數Kp，下圖為上述反應的平衡常數Kp與溫度的關系圖。

① △H_______0 （填“> ”或“< ”)。

②在310℃下，將2mol 甲醇置于壓強為P0的恒壓密閉容器中，20分鐘后到達平衡，平衡時甲醇和氫氣的分壓相等。計算：從開始到平衡時甲醇的平均反應速率_____mol · min-l，P0____Pa。

③ 若要進一步提高甲醇轉化率，除了可以適當改變反應溫度和分離出甲酸甲酯外，還可以采取的措施有_____、_______。

（3）已知常溫下甲酸的電離常數K= 1.8×10-4，則pH=2甲酸的濃度約為_______。

Answer 1

【答案】 -40kJ/mol ＞ 0.05 5×104 分離氫氣 降低壓強 0.57mol/L。

【解析】（1）考查鍵能與焓變的關系，△H=反應物鍵能總和－生成物鍵能總和=(2×728＋436－414－728－326－464)kJ·mol－1=－40kJ·mol－1；（2）考查影響化學平衡移動的因素和化學反應速率的計算，①根據關系圖，隨著溫度升高，Kp增大，說明反應向正反應方向移動，即正反應是吸熱反應，△H>0；（2）

2 CH3OH(g) HCOOCH3(g)+2H2(g)

起始： 2 0 0

變化： 2x x 2x

平衡：2－2x x 2x 達到平衡，甲醇和氫氣的分壓相等，達到平衡，甲醇和氫氣的分壓相等，[]2=[p0×2x/(2＋x)]2，解得x=0.5，因此甲醇的平均反應速率=2×0.5/20mol·min－1=0.05mol·min－1；達到平衡，甲醇和氫氣的平衡分壓相等，根據平衡常數Kp表達式，即有0.5p0/2.5=100，解得p0=500，即pO=5×104Pa；③提高甲醇的轉化率，說明反應向正反應方向進行移動，即分離氫氣和降低壓強；（3）考查電離平衡常數的計算，HCOOHHCOO－＋H＋，K=c(HCOO－)×c(H＋)/c(HCOOH)=1.8×10－4，c(HCOO－)=c(H＋)，因此有(10－2)2/c(HCOOH)=1.8×10－4，解得c(HCOOH)=0.56mol·L－1，因此甲酸濃度為（0.56+0.01）mol·L－1=0.57mol·L－1。