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：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）其相關數(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，該反應的平衡常數(shù)K=

 

．
②乙容器中，當反應進行到1.5min時，H₂O（g）的物質的量濃度范圍是

 

．
③一定條件下，在密閉恒容的容器中，能表示上述反應達到化學平衡狀態(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量保持不變
④某同學為了研究反應條件對化學平衡的影響，測得逆反應速率與時間的關系如圖所示：

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

 

，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：有關反應熱的計算,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學反應速率與化學平衡圖象的綜合應用,化學平衡的計算,弱電解質在水溶液中的電離平衡

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電離平衡與溶液的pH專題

分析：（1）應用蓋斯定律解題，△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的量，再根據(jù)平衡常數(shù)k計算；
②隨反應進行，物質的濃度降低，反應速率較短，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速率是否相等；
④該反應是一個反應前后氣體體積增大的且是正反應是吸熱的化學反應，t₂時逆反應速率增大，且平衡時反應速率大于t₂時反應速率，平衡向逆反應方向移動，t₈時反應速率增大，但平衡不移動，根據(jù)外界條件對化學反應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，而正反應為吸熱反應，所以T₁＞T2；
由表中數(shù)據(jù)可知，平衡時氫氣的物質的量為3.2mol，則：
           C（s）+2H₂0（g）?C0₂（g）+2H₂（g）
開始（mol）：2         4          0           0
轉化（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，隨反應進行，物質的濃度降低，反應速率變小，故前1.5min水的濃度變化量大于后1.5min水的濃度變化量，故反應進行到1.5min時，H₂O（g）的物質的量濃度小于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，所以本身的轉化率降低，t₈時反應速率增大，但平衡不移動，故平衡轉化率最低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：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡常數(shù)的影響因素判斷，電離平衡，屬于拼合型題目，對學生的心理有較高的要求，掌握基礎是關鍵，難度中等．