Question

【題目】能源是人類生存、社會發(fā)展不可或缺的物質(zhì)，CO、H2、CH3OH均是重要的能源物質(zhì)。

（1）已知:氧氣中化學鍵的鍵能為497kJ/mol，二氧化碳中C=O鍵的鍵能為745kJ/mol。

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H1=-566kJ/mol

H2O(g)+CO(g)=H2(g)+CO2(g) △H2=-41kJ/mol

CH3OH(g)+O2(g)==CO2(g)+2H2O(g) △H3=-660kJ/mol

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H4

則使1molCO(g)完全分解成原子所需要的能量至少為___，△H4=___。

（2）某密閉容器中存在反應:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，起始時容器中只有amol/LCO和bmol/LH2，平衡時測得混合氣體中CH3OH的物質(zhì)的量分數(shù)[φ(CH3OH)]與溫度(T)、壓強(p)之間的關系如圖所示。

①溫度T1和T2時對應的平衡常數(shù)分別為K1、K2，則K1____K2(填“>”“<”“=”)；若恒溫(T1)恒容條件下，起始時a=1、b=2，測得平衡時混合氣體的壓強為p1kPa，則T1時該反應的壓強平衡常數(shù)Kp=___。(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)，用含p1的代數(shù)式表示)

②若恒溫恒容條件下，起始時充入1molCO和2molH2，達平衡后，CO的轉(zhuǎn)化率為α1，此時，若再充入1molCO和2molH2，再次達平衡后，CO的轉(zhuǎn)化率為α2，則α1_____α2 (填“＞”“＜”“=”“無法確定”)

③若恒溫恒容條件下，起始時a=1、b=2，則下列敘述能說明反應達到化學平衡狀態(tài)的是____。

A.CO、H2的物質(zhì)的量濃度之比為1:2，且不再隨時間的變化而變化

B.混合氣體的密度不再隨時間的變化而變化

C.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再隨時間的變化而變化

D.若將容器改為絕熱恒容容器時，平衡常數(shù)K不隨時間變化而變化

（3）工業(yè)上常用氨水吸收含碳燃料燃燒中產(chǎn)生的溫室氣體CO2，其產(chǎn)物之一是NH4HCO3。已知常溫下碳酸的電離常數(shù)K1=4.4×10-7、K2=4.7×10-11，NH3·H2O的電離常數(shù)K=1.8×10-5，則所得到的NH4HCO3溶液中c(NH4+)_____c(HCO3-)(填“＞”“＜”“=”)。

Answer 1

【答案】 958.5kJ -107kJ/mol > 25/(2p12)(kPa)-2 < CD >

【解析】分析：反應等于反應物的鍵能總和與生成物鍵能總和的差。根據(jù)蓋斯定律可以由已知反應的反應熱求出與之相關的未知反應的反應熱。放熱反應的平衡常數(shù)隨溫度升高而減小。在恒溫恒容的平衡體系中再充入與原投料相同的反應物，則平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動，反應物轉(zhuǎn)化率增大。由水解程度可以比較離子濃度的大小關系。

詳解：（1）由題中信息可知，2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H1=-566kJ/mol，氧氣中化學鍵的鍵能為497kJ/mol，二氧化碳中C=O鍵的鍵能為745kJ/mol，設一氧化碳的鍵能為x，則△H1=2x+497kJ/mol –(745 kJ/mol)-566kJ/mol，所以，x=958.5kJ/mol，則使1molCO(g)完全分解成原子所需要的能量至少為958.5kJ。已知：①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H1=-566kJ/mol；②H2O(g)+CO(g)=H2(g)+CO2(g) △H2=-41kJ/mol；③CH3OH(g)+O2(g)==CO2(g)+2H2O(g) △H3=-660kJ/mol。根據(jù)蓋斯定律，由①-②-③可得CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，則△H4=(-566kJ/mol)-(-41kJ/mol)= -107kJ/mol。

（2）①該反應為放熱反應，故φ(CH3OH)隨溫度升高而減小，該反應的平衡常數(shù)也隨溫度的升高而減小，所以，溫度T1＜T2，K1＞K2；若恒溫(T1)恒容條件下，起始時a=1、b=2，起始量之比等于化學計量數(shù)之比，變化量之比也等于化學計量數(shù)之比，則CO和H2的物質(zhì)的量分數(shù)之比也等于化學計量數(shù)之比。由圖中信息可知，到達平衡狀態(tài)時，φ(CH3OH)=40%，則φ(CO)=(1-40%)，φ(H2)= (1-40%)40%，測得平衡時混合氣體的壓強為p1kPa，則T1時該反應的壓強平衡常數(shù)Kp=(kPa)-2。

②在恒溫恒容的平衡體系中再充入與原投料相同的反應物，則平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動。若恒溫恒容條件下，起始時充入1molCO和2molH2，達平衡后，CO的轉(zhuǎn)化率為α1，此時，若再充入1molCO和2molH2，平衡向再次達平衡后，CO的轉(zhuǎn)化率變大，則α1＜α2．

③若恒溫恒容條件下，起始時a=1、b=2，投料比與化學計量數(shù)之比相同，則下列敘述：A.由于變化量之比等于化學計量數(shù)之比，故CO、H2的物質(zhì)的量濃度之比恒為1:2，，無法據(jù)此判斷是否達到平衡狀態(tài)，A不正確；B.由于氣體的總質(zhì)量和總體積均不變，故混合氣體的密度不隨時間的變化而變化，無法根據(jù)密度判斷是否達到平衡，B不正確；C.混合氣體的物質(zhì)的量是變量，故混合氣體的平均摩爾質(zhì)量也是變量，當其不再隨時間的變化而變化時，達到平衡，C正確；D.平衡常數(shù)只與溫度有關，若將容器改為絕熱恒容容器時，平衡常數(shù)K不隨時間變化而變化時，該反應達到平衡狀態(tài)，D正確。綜上所述，能說明反應達到化學平衡狀態(tài)的是CD。

（3）已知常溫下碳酸的電離常數(shù)K1=4.4×10-7、K2=4.7×10-11，則水解常數(shù)Kh(HCO3-)=2.3×10-8＞K2，所以，HCO3-的水解程度遠遠大于其電離程度，其電離可以忽略不計。NH3·H2O的電離常數(shù)K=1.8×10-5，則Kh(NH4+)，所以，NH4+的水解程度小于HCO3-的，則所得到的NH4HCO3溶液中c(NH4+)＞c(HCO3-)。