Question

6．（1）Ⅰ．鍋爐水垢既會降低燃料的利用率，也會影響鍋爐的使用壽命，所以要定期去除鍋爐水垢．在實際生產(chǎn)中，通常將難溶于強酸的BaSO₄制成易溶于鹽酸的碳酸鋇，而后用酸除去．已知K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10．今有0，.15 L 1.5 mol/L的Na₂CO₃溶液可以使1.1g BaSO₄固體轉(zhuǎn)化掉．
（2）Ⅱ．水煤氣的生產(chǎn)在工業(yè)上具有重要的意義，將1 mol CO和1 mol H₂O（g）充入某固定容積的反應器中，在某條件下達到平衡：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂，此時有2/3的CO轉(zhuǎn)化為CO₂．
（1）該平衡混合物中CO₂的體積分數(shù)為33.3%．
（2）若在相同條件下，向容器中充入1 mol CO₂、1 mol H₂和1 mol H₂O，則達到平衡時與（1）中平衡相比較，平衡應向正反應方向（填“正反應方向”“逆反應方向”或“不”）移動，此時平衡混合物中CO₂的體積分數(shù)可能是下列各值中的B（填編號）．
A.22.2%  B.27.55%  C.33.3%  D.36.8%
（3）結(jié)合（2）中計算結(jié)果分析若平衡向正方向移動時，則下列說法中正確的是①⑤（填序號）．
①生成物的產(chǎn)量一定增加
②生成物的體積分數(shù)一定增加
③反應物的轉(zhuǎn)化率一定增大
④反應物的濃度一定降低
⑤正反應速率一定大于逆反應速率
⑥一定使用了催化劑．

Answer 1

分析 Ⅰ、根據(jù)反應 BaSO₄ +CO₃^2-?BaCO₃ +SO₄^2-的K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$計算；設發(fā)生轉(zhuǎn)化的BaSO₄的物質(zhì)的量為x mol，則平衡時c（SO₄^2-）為x mol/L，利用三段式計算平衡時碳酸根的濃度，代入平衡常數(shù)計算；
Ⅱ、依據(jù)化學平衡三段式列式計算，
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol） 1       1         0      0
變化量（mol）$\frac{2}{3}$       $\frac{2}{3}$        $\frac{2}{3}$     $\frac{2}{3}$
平衡量（mol）$\frac{1}{3}$      $\frac{1}{3}$        $\frac{1}{3}$     $\frac{1}{3}$
（1）根據(jù)體積分數(shù)為$\frac{物質(zhì)的物質(zhì)的量}{氣體的總物質(zhì)的量}×100%$計算；
（2）若在相同條件下，向容器中充入1mol CO₂、1mol H₂和1mol H₂O，極值轉(zhuǎn)化相當于加入1molCO₂，2molH₂O，則達到平衡時與（1）相比較，等于加入1mol水平衡正向進行；依據(jù)平衡濃度計算平衡濃度，計算K，結(jié)合化學平衡三段式列式計算；
（3）平衡向正反應方向移動，正逆反應速率增大，正反應速率增大大于逆反應速率，生成物物質(zhì)的量、產(chǎn)率增大，反應前后氣體體積不變，加入氣體，氣體體積分數(shù)減小，催化劑改變反應速率不改變化學平衡，結(jié)合化學平衡移動原理和反應特征選項．

解答 解：Ⅰ、已知反應BaSO₄ （s）+CO₃^2- （aq）?BaCO₃ （s）+SO₄^2- （aq），則K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{5.1×1{0}^{-9}}$=0.022；
  設發(fā)生轉(zhuǎn)化的CO₃^2-的物質(zhì)的量濃度為x mol•L ^-1，則平衡時c（SO₄^2-）為x mol•L ^-1，開始時c（CO₃^2-）=1.5mol•L ^-1，
                 BaSO₄ +CO₃^2-?BaCO₃ +SO₄^2-
起始濃度（mol/L）          1.5              0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）          x                x
平衡濃度（mol/L）        1.5-x              x
則$\frac{x}{1.5-x}$=0.022，解得x=0.032，則溶解的硫酸鋇的物質(zhì)的量為0.032mol•L ^-1×0.15L=0.0048mol，質(zhì)量為0.0048mol×233g/mol≈1.1g；
故答案為：1.1；
Ⅱ、依據(jù)化學平衡三段式列式計算，
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol） 1       1         0      0
變化量（mol）$\frac{2}{3}$      $\frac{2}{3}$         $\frac{2}{3}$      $\frac{2}{3}$
平衡量（mol）$\frac{1}{3}$      $\frac{1}{3}$        $\frac{1}{3}$      $\frac{1}{3}$
（1）反應前后氣體的體積不變，所以平衡時，混合氣體的總的物質(zhì)的量為1mol+1mol=2mol，
所以平衡混合物中CO₂的體積分數(shù)為$\frac{\frac{2}{3}}{2}$×100%=33.3%；
故答案為：33.3%；
（2）充入1mol CO₂、lmol H₂和1mol H₂O，反應向逆反應進行建立平衡，等效為（1）中平衡后，再加1molH₂O（g），平衡向正反應移動；
設容器為1L，則故該反應的平衡常數(shù)表達式k=$\frac{\frac{2}{3}×\frac{2}{3}}{\frac{1}{3}×\frac{1}{3}}$=4，令參加反應的H₂物質(zhì)的量為nmol，
             CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol）：0         1         1      1
轉(zhuǎn)化（mol）：n         n         n       n
平衡（mol）：n        1+n       1-n     1-n
有$\frac{（1-n）^{2}}{n（1+n）}$=4，解得n=0.154
反應前后氣體的體積不變，所以平衡時，混合氣體的總的物質(zhì)的量為1mol+1mol+1mol=3mol，
平衡混合物中CO₂的體積分數(shù)為$\frac{1-0.154}{3}$×100%=28.2%；此時平衡混合的CO₂的體積分數(shù)可能是27.55%；
故答案為：正反應方向；B；
（3）平衡向向正方向移動，
①不論改變何條件，平衡向向正方向移動，生成物的物質(zhì)的量一定增加，故①正確；
②對于多種氣體參與反應，反應前后氣體的體積不變的反應，并向其中大量加入一種反應物，而使平衡正向移動．生成物的物質(zhì)的量增加，但百分含量完全可以減小，因為總量多了，故②錯誤；
③多種物質(zhì)參加反應，增加一種反應物的濃度，平衡向向正方向移動，提高其它反應物的轉(zhuǎn)化率，自身轉(zhuǎn)化率降低，故③錯誤；
④多種物質(zhì)參加反應，增加一種反應物的濃度，平衡向向正方向移動，其它反應物的濃度降低，自身濃度增大，故④錯誤；
⑤平衡向向正方向移動，正反應速率一定大于逆反應速率，故⑤正確；
⑥使用催化劑不能改變平衡移動，故⑥錯誤；
故答案為：①⑤．

點評 本題考查了溶度積常數(shù)的計算，化學平衡常數(shù)有關(guān)計算、沉淀轉(zhuǎn)化等，本題計算量較大，題目難度中等，是對熱點知識的考查．