Question

【題目】一氧化碳、二氧化碳的利用具有十分重要的意義，科學(xué)家提出以下幾個(gè)設(shè)想：

Ⅰ.二氧化碳與氫氣在催化劑作用下可制取低碳烯烴。

在一恒容密閉容器中分別投入1 molCO2、3molH2，發(fā)生反應(yīng)：2CO2(g)+ 6H2(g)C2H4(g) +4H2O(g) △H；在不同溫度下，用傳感技術(shù)測(cè)出平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量變化關(guān)系如圖。則△H______ 0 (填“>”“<”或“不能確定”)。

Ⅱ. 甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料。工業(yè)上可利用CO或CO2來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示：

化學(xué)反應(yīng)	平衡常數(shù)	溫度℃
		500	800
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)	K1	2.5	0.15
②H2(g)+CO2(g) H2O (g)+CO(g)	K2	1.0	2.50
③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O (g)	K3

(1)某溫度下反應(yīng)①中H2的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(qiáng)(P)的關(guān)系，如左下圖所示。則平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，平衡常數(shù)K(A)_____________K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）。據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3=_______（用K1、K2表示）。

(2)在3 L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，已知c(CO)與反應(yīng)時(shí)間t變化曲線Ⅰ如右上圖所示，若在t0時(shí)刻分別改變一個(gè)條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ和曲線Ⅲ。當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時(shí)，改變的條件是_____________________。

(3)甲醇是重要的化工原料，可作為燃料。對(duì)于上述反應(yīng)①而言：

(I)若該反應(yīng)在恒溫恒容條件下進(jìn)行，下列說(shuō)法正確的是_________；

a．若混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變，說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)

b．反應(yīng)達(dá)到平衡后，通入氬氣使壓強(qiáng)增大，平衡向右移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大

c．反應(yīng)達(dá)到平衡后，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小

d．若使用催化劑，會(huì)改變反應(yīng)的途徑，反應(yīng)的焓變減小

(II)某溫度下，在一個(gè)容積為2L的密閉容器中進(jìn)行該反應(yīng)，已知此溫度下的平衡常數(shù) K=50，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的物質(zhì)的量如下：

物質(zhì)	CO	H2	CH3OH
物質(zhì)的量/mol	0.4	0.4	0.8

請(qǐng)比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。�v正 ____v逆（填“>”、“<”或“=”）

(4)一定條件下甲醇與一氧化碳反應(yīng)可以合成乙酸。通常狀況下，將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba(OH)2溶液等體積混合后，溶液中：2c(Ba2＋)= c(CH3COO－)，用含a和b的代數(shù)式表示該混合溶液中醋酸的電離常數(shù)Ka為________________mol/L。

Answer 1

【答案】< = K1·K2 將體積壓縮為2 L a c =

【解析】

I.根據(jù)升高溫度，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量增大，分析平衡移動(dòng)方向確定；

II.(1)化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與其他條件無(wú)關(guān)，分析反應(yīng)特征就可得到K3與K1、K2的關(guān)系；

(2)觀察圖象中曲線由I→III時(shí) c(CO)濃度變化、反應(yīng)條件及反應(yīng)特點(diǎn)分析；

(3)I.根據(jù)平衡狀態(tài)的特征、化學(xué)平衡、焓變的影響因素等分析；

(II)計(jì)算該時(shí)刻的，并把Qc與K進(jìn)行比較再進(jìn)行判斷；

(4)溶液等體積混合，微粒的物質(zhì)的量濃度減半，結(jié)合電荷守恒及電離平衡常數(shù)的含義計(jì)算。

I. 升高溫度，達(dá)到平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量增大，說(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理：升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱方向移動(dòng)，可知：逆反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以△H＜0；

II. (1)反應(yīng)由A狀態(tài)向B狀態(tài)轉(zhuǎn)化，由于溫度相同，化學(xué)平衡常數(shù)不變，因此K(A)=K(B)；觀察三個(gè)反應(yīng)方程式可知：①+②=③，，；，可得三個(gè)化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)的關(guān)系是K3=K1K2；

(2)觀察圖象，當(dāng)曲線Ⅰ→Ⅲ時(shí)，CO的平衡濃度由3mol/L變?yōu)?/span>4.5mol/L，反應(yīng)②是氣體體積不變的反應(yīng)，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，假設(shè)達(dá)到Ⅲ時(shí)容器的容積為VL。氣體物質(zhì)的量不變，3：V=4.5：3，解得V=2L，因此改變的條件是將容器的體積快速壓縮至2L；

(3) (I)a.反應(yīng)在恒溫恒容條件下進(jìn)行，該反應(yīng)反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，是氣體體積減小的反應(yīng)，所以根據(jù)可知，若混合氣體的物質(zhì)的量不變，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變，反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)，a正確；

b．反應(yīng)達(dá)到平衡后，通入氬氣使壓強(qiáng)增大，但不能改變?nèi)魏我环N物質(zhì)的濃度，所以平衡不移動(dòng)，b錯(cuò)誤；

c．根據(jù)表格中溫度與化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系可知：升高溫度，平衡常數(shù)減小，說(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，c正確；

d.使用催化劑，可改變反應(yīng)途徑，降低反應(yīng)的活化能，但不能改變反應(yīng)物、生成物具有的能量，因此反應(yīng)的焓不變，d錯(cuò)誤；

(II)反應(yīng)在該時(shí)刻的==50=K，說(shuō)明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，正、逆反應(yīng)速率相等，所以V正=V逆；

(4)常溫下，將amol/LCH3COOH與bmol/L的Ba(OH)2溶液等體積混合后，c(Ba2＋)=b/2mol/L；在該混合溶液中由于2c(Ba2＋)= c(CH3COO－)，所以c(CH3COO－)=bmol/L，根據(jù)電荷守恒c(H+)+2c(Ba2＋)= c(CH3COO－)+c(OH-)，可知c(H+)=c(OH-)=1×10-7mol/L，溶液顯中性，根據(jù)醋酸的電離平衡常數(shù)表達(dá)式可得：K==mol/L。