Question

合成氨工業(yè)上常用下列方法制備H₂：
方法：①C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）
方法：②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
（1）已知①C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ?mol^-1
②C（石墨）+

1

2

O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ?mol^-1
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-242kJ?mol^-1
試計算25℃時由方法②制備1000g H₂所放出的能量為

 

 kJ．
（2）在一定的條件下，將C（s）和H₂O（g）分別加入甲、乙兩個密閉容器，發(fā)生反應(yīng)：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）其相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：

容器	容積/L	溫度/℃	起始量/mol		平衡量	達到平衡所需時間/min
			C（s）	H2O（g）	H2（g）
甲	2	T1	2	4	3.2	3.5
乙	1	T2	1	2	1.2	3

①T₁

 

T₂ （填“＞”、“=”或“＜”）；T₁℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
②乙容器中，當(dāng)反應(yīng)進行到1.5min時，H₂O（g）的物質(zhì)的量濃度范圍是

 

．
③一定條件下，在密閉恒容的容器中，能表示上述反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是

 

．
A．V_逆（CO₂）=2V_正（H₂）
B混合氣體的密度保持不變
C．c（H₂O）：c（CO₂）：c（H₂）=2：1：2
D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
④某同學(xué)為了研究反應(yīng)條件對化學(xué)平衡的影響，測得逆反應(yīng)速率與時間的關(guān)系如圖所示：

可見在t₁、t₃、t₅、t₇時反應(yīng)都達了到平衡狀態(tài)，如果t₂、t₄、t₆、t₈時都只改變了一個反應(yīng)條件，則從t₁到t₈哪個時間段H₂O（g）的平衡轉(zhuǎn)化率最低

 

，t₄時刻改變的條件是

 

．
⑤在25℃時，c mol/L，的醋酸與0.02mol/L NaOH溶液等體積混合后溶液剛好呈中性，用含c的代數(shù)式表示CH₃COOH的電離常數(shù)Ka=

 

．

Answer 1

考點：有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖象的綜合應(yīng)用,化學(xué)平衡的計算,弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電離平衡與溶液的pH專題

分析：（1）應(yīng)用蓋斯定律解題，△H=△H₁-△H₂-△H₃；
（2）①運用平衡移動的原理來分析溫度的高低；利用三段式計算平衡時各組分的物質(zhì)的量，再根據(jù)平衡常數(shù)k計算；
②隨反應(yīng)進行，物質(zhì)的濃度降低，反應(yīng)速率較短，故前1.5min水的濃度變化量大于后1.5min水的濃度變化量，據(jù)此解答；
③根據(jù)已知條件判斷正逆反應(yīng)速率是否相等；
④該反應(yīng)是一個反應(yīng)前后氣體體積增大的且是正反應(yīng)是吸熱的化學(xué)反應(yīng)，t₂時逆反應(yīng)速率增大，且平衡時反應(yīng)速率大于t₂時反應(yīng)速率，平衡向逆反應(yīng)方向移動，t₈時反應(yīng)速率增大，但平衡不移動，根據(jù)外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響來分析解答；
⑤根據(jù)電荷守恒可知c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（Na⁺）+c（H⁺），溶液顯中性時c（OH^-）=c（H⁺），故c（CH₃COO^-）=c（Na⁺），根據(jù)溶液的pH值計算溶液中c（H⁺），根據(jù)鈉離子濃度計算c（CH₃COO^-），利用物料守恒計算溶液中c（CH₃COOH），溶液中存在平衡CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺，代入CH₃COOH的電離常數(shù)表達式K_a=

c(CH3COO-)c(H+)

c(CH3COOH)

計算．

解答： 解：（1）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的，△H=△H₁-△H₂-△H₃=-394kJ?mol^-1-（-111kJ?mol^-1）-（-242kJ?mol^-1）=-41kJ?mol^-1，所以制備1000g H₂所放出的能量為20500kJ，故答案為：20500；
（2）①如果兩者溫度相等，甲相對乙，甲平衡時H₂（g）平衡量為2.4mol，而是3.2，說明溫度改變平衡正向移動，而正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以T₁＞T2；
由表中數(shù)據(jù)可知，平衡時氫氣的物質(zhì)的量為3.2mol，則：
           C（s）+2H₂0（g）?C0₂（g）+2H₂（g）
開始（mol）：2         4          0           0
轉(zhuǎn)化（mol）：1.6     3.2        1.6          3.2
平衡（mol）：0.4     0.8        1.6          3.2
平衡常數(shù)K=

c(CO2)c2(H2)

c2(H2O)

=

1.6×3．22

0．82

=12.8，
故答案為：＞；12.8；
②3min內(nèi)水蒸氣的濃度變化量=氫氣的濃度變化量的=

1.2mol

1L

=1.2mol/L，隨反應(yīng)進行，物質(zhì)的濃度降低，反應(yīng)速率變小，故前1.5min水的濃度變化量大于后1.5min水的濃度變化量，故反應(yīng)進行到1.5min時，H₂O（g）的物質(zhì)的量濃度小于2mol/L-1.2mol/L×

1

2

=1.4mol/L，
故答案為：＜1.4mol/L；
③A．V_逆（CO₂）=

1

2

V_逆（H₂）=2V_正（H₂），正逆速度不等，故不選；
B混合氣體的密度保持不變，說明氣體質(zhì)量不變，正逆速度相等，故選；
C．c（H₂O）：c（CO₂）：c（H₂）=2：1：2，而不是不變，故不選；
D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量未平衡時在變，現(xiàn)在保持不變，說明已達平衡狀態(tài)，故選；故選BD；
④t₁到t₆平衡都逆向移動，而t₆時平衡正向移動，是因為增加反應(yīng)物的濃度，而C是固體，所以是增加水蒸氣的量，所以本身的轉(zhuǎn)化率降低，t₈時反應(yīng)速率增大，但平衡不移動，故平衡轉(zhuǎn)化率最低t₇-t₈ （或“t₇到t₈”），t₄時刻速率都比原來速率小，平衡逆向，所以是降低溫度，故答案為：t₇-t₈；降低溫度；
⑤根據(jù)電荷守恒可知c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（Na⁺）+c（H⁺），溶液顯中性時c（OH^-）=c（H⁺），故c（CH₃COO^-）=c（Na⁺），溶液中c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中c（CH₃COO^-）=c（Na⁺）=

1

2

×0.02mol?L^-1=0.01mol?L^-1，故混合后溶液中c（CH₃COOH）=

1

2

×cmol?L^-1-0.01mol?L^-1=（0.5c-0.01）mol/L，CH₃COOH的電離常數(shù)K_a=

10-7×0.01

0.5c-0.01

=

2×10-9

c-0.02

，
故答案為：

2×10-9

c-0.02

．

點評：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計算應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)的影響因素判斷，電離平衡，屬于拼合型題目，對學(xué)生的心理有較高的要求，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，難度中等．