Question

能源短缺是人類面臨的重大問(wèn)題。甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景。因此甲醇被稱為21世紀(jì)的新型燃料。
（1）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH(l)+3O₂(g)  2CO₂(g)+4H₂O(g) △H= －1275.6 kJ·mol^—1
②H₂O(l)   H₂O(g)                    △H="+" 44.0 kJ.mo^—1
寫出表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式                              。
（2）工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。圖1表示反應(yīng)中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH(g)的濃度隨時(shí)間變化圖。

①在“圖1”中，曲線         （填“a”或“b”）表示使用了催化劑。
②能判斷該反應(yīng)在“圖2”所在條件下是否已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是        。（雙選）

A．容器中壓強(qiáng)不變	B．體系的密度不隨時(shí)間改變
C．v正(H2)=2v逆(CH3OH)	D．CO與H2的物質(zhì)的量的比不隨時(shí)間改變

③計(jì)算該溫度下CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的化學(xué)平衡常數(shù)K=          。
④請(qǐng)?jiān)凇皥D3”中畫出平衡時(shí)甲醇百分含量（縱坐標(biāo)）隨溫度（橫坐標(biāo)）變化的曲線，要求畫壓強(qiáng)不同的2條曲線（在曲線上標(biāo)出P₁、P₂，且P₁<P₂）。
（3）CaSO₄是一種微溶物質(zhì)，已知K_sp（CaSO₄）=9.10×10^－6�，F(xiàn)將c mol·L^－1 CaCl₂溶液與2.00×10^－2 mol·L^－1 Na₂SO₄溶液等體積混合生成沉淀，則c的最小值是            （結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

Answer 1

（16分）
（1）CH₃OH(g)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l) △H=—725.8kJ/mol （共3分，化學(xué)方程式1分，△H 2分。如果甲醇的系數(shù)不是1扣2分，狀態(tài)符號(hào)不全扣1分，△H漏單位扣1分）
（2）①b（2分）②AC（2分，全對(duì)2分，選對(duì)1
個(gè)得1分，有錯(cuò)得0分。）
③ 12（3分，有單位且正確也給分）    
④（3分，全對(duì)才得分，不標(biāo)P₁、P₂不給分）

（3）1.82×10^－3（3分，多寫單位不扣分，有效數(shù)字錯(cuò)扣1分）

試題分析：（1）依題意，根據(jù)蓋斯定律和燃燒熱的定義，由①/2—②×2可得：CH₃OH(g)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l) △H=—725.8kJ/mol；（2）①讀圖，曲線a、b表示活化能不同，說(shuō)明b使用了催化劑，降低該反應(yīng)的活化能；②正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量增大的方向，未達(dá)平衡時(shí)容器中混合氣體總的物質(zhì)的量增大，因此壓強(qiáng)增大，若壓強(qiáng)不變，說(shuō)明各組分物質(zhì)的量不變，即達(dá)到平衡，故A正確；由于混合氣體的密度等于混合氣體的總質(zhì)量除以密閉容器的容積，由于各組分都是氣體，根據(jù)質(zhì)量守恒定律推斷混合氣體的總質(zhì)量始終不變，因此密度不變不能說(shuō)明達(dá)到平衡，故B錯(cuò)誤；用不同物質(zhì)表示的正、逆反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中的系數(shù)之比，說(shuō)明達(dá)到平衡，故C正確；各組分的物質(zhì)的量不隨時(shí)間改變能說(shuō)明達(dá)到平衡，但兩反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比不隨時(shí)間改變，則不能說(shuō)明達(dá)到平衡，故D錯(cuò)誤；③由讀圖可推斷該反應(yīng)中各組分（起始、變化、平衡）濃度，則：
CO(g)  +  2H₂(g)  CH₃OH(g)
起始濃度/ mol?Lˉ¹       1.00       2.00           0
變化濃度/ mol?Lˉ¹       0.75       1.50          0.75
平衡濃度/ mol?Lˉ¹       0.25       0.50         0.75
K=c(CH₃OH)/[c(CO)?c²(H₂))]=" 0.75/[" 0.25××0.50²]=12
④正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的規(guī)律推斷，逆反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是符合熵判據(jù)，正反應(yīng)能自發(fā)的原因是符合焓判據(jù)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，其它條件不變時(shí)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇百分含量減小；增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇百分含量增大；因此畫圖要點(diǎn)是：P₁、P₂時(shí)甲醇百分含量都隨溫度升高逐漸減小，P₂時(shí)甲醇百分含量—溫度曲線高于P₁；
（3）兩溶液混合導(dǎo)致相互稀釋，根據(jù)稀釋定律：c₁?V₁=c₂?V₂，則混合后氯化鈣和硫酸鈉溶液的濃度都要減半；因此鈣離子濃度為c/2 mol·L^－1，硫酸根離子濃度為1.00×10^－2 mol·L^－1，由于K_sp(CaSO₄)=c(Ca²⁺)?c(SO₄^2－)，則c/2×1.00×10^－2=9.10×10^－6，即c=1.82×10^－3；根據(jù)溶度積規(guī)則，只有Q_c(CaSO₄)> K_sp(CaSO₄)時(shí)，才能形成硫酸鈣的過(guò)飽和溶液，才有沉淀析出，則c最小值為1.82×10^－3。