Question

19．化學(xué)反應(yīng)原理是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容．請回答下列問題：

（1）下列判斷正確的是①③．
①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
則△H₁＜△H₂
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₁
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H₂
則△H₁＜△H₂
③t℃時(shí)，在一定條件下，將1mol SO₂和1mol O₂分別置于恒容和恒壓的兩個(gè)密閉容器中，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)反應(yīng)放出的熱量分別為Q₁和Q₂
則Q₁＜Q₂
④CaCO₃（s）═CaO（s）+CO₂（g）△H₁
CaO（s）+H₂O（l）═Ca（OH）₂（s）△H₂
則△H₁＜△H₂
（2）依據(jù)氧化還原反應(yīng)Zn（s）+Cu²⁺（aq）═Zn²⁺（aq）+Cu（s）設(shè)計(jì)的原電池如圖1所示．
請回答下列問題：
①銅電極發(fā)生的電極反應(yīng)為Cu²⁺+2e^-═Cu．
②溶液中Cu²⁺向正極移動．
（3）在一恒溫、恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH （g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol某種反應(yīng)物和生成物的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．
回答下列問題：
①Y的化學(xué)式是CO₂．
②反應(yīng)進(jìn)行到3min時(shí)，v_正＞v_逆（填“＞”或“＜”、“=”）．反應(yīng)前3min，H₂的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.5mol•L^-1•min^-1．
③能證明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是ACD．
A．容器內(nèi)各氣體的體積分?jǐn)?shù)保持不變
B．混合氣體密度不變
C．3v_逆（CH₃OH）=v_正（H₂）
D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
E．CO₂的轉(zhuǎn)化率為70%
F．混合氣體中CO₂與H₂的體積比為1﹕3
④上述溫度下，反應(yīng)CH₃OH （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)K=0.19（計(jì)算結(jié)果保留2位小數(shù)）．
⑤上述反應(yīng)達(dá)到平衡后，往容器中同時(shí)加入0.1mol CO₂和0.3mol H₂O （g），此時(shí)平衡將向右（填“向左”、“向右”或“不”）移動．
（4）室溫時(shí)，向20mL 0.1mol/L的醋酸溶液中不斷滴入0.1mol/L的NaOH溶液，溶液的pH變化與所加NaOH溶液體積的關(guān)系如圖所示．下列有關(guān)溶液中離子、分子濃度大小關(guān)系的描述中正確的是②③．

①．a(chǎn)點(diǎn)時(shí)：c（CH₃COOH）＞c（CH₃COO^-）＞c（Na⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）
②．b點(diǎn)時(shí)：c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）
③．c點(diǎn)時(shí)：c（OH^-）=c（CH₃COOH）+c（H⁺）
④．d點(diǎn)時(shí)：c（Na⁺）＞c（CH₃COO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）

Answer 1

分析 （1）①甲烷燃燒生成液體水放熱大于甲烷反應(yīng)生成氣體水；焓變包含負(fù)號比較；
②氫氣和氧氣反應(yīng)相同條件下量不同反應(yīng)熱不同；
③恒容容器中反應(yīng)進(jìn)行過程中壓強(qiáng)減小，恒壓容器中反應(yīng)過程中壓強(qiáng)比恒容容器中反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率大；
④碳酸鈣分解吸熱，氧化鈣和水反應(yīng)放熱，焓變包含負(fù)號比較；
（2）裝置圖是銅鋅原電池，銅做正極，鋅做負(fù)極，溶液中銅離子移向正極；
（3）①由圖可知反應(yīng)進(jìn)行到3min時(shí)，消耗的Y和生成的X均為0.5mol，說明二者的計(jì)量數(shù)相同，根據(jù)方程式判斷；
②反應(yīng)進(jìn)行到3min時(shí)，反應(yīng)未到達(dá)平衡狀態(tài)；根據(jù)二氧化碳的濃度變化求出氫氣的濃度變化，再求反應(yīng)速率；
③在一定條件下，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變；
④正逆反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系；
⑤先計(jì)算出平衡常數(shù)K，再根據(jù)Qc與K的大小關(guān)系判斷；
（4）①．a(chǎn)點(diǎn)溶液為CH₃COOH和CH₃COONa的混合物，溶液呈酸性，醋酸電離大于醋酸根離子的水解；
②．根據(jù)電荷守恒進(jìn)行判斷，溶液中陰陽離子電荷總數(shù)相同；
③．c點(diǎn)時(shí)，溶液呈堿性，溶液中存在質(zhì)子守恒；
④．d點(diǎn)為NaOH和CH₃COONa的混合物，溶液呈堿性．

解答 解：（1）①氣態(tài)水變化為液態(tài)水過程放熱，甲烷燃燒生成液體水放熱大于甲烷反應(yīng)生成氣體水，焓變包含負(fù)號比較，△H₁＜△H₂
②氫氣和氧氣反應(yīng)相同條件下量不同反應(yīng)熱不同，1mol氫氣燃燒生成液態(tài)水放出熱量小于2mol氫氣燃燒生成液態(tài)水放出熱量，焓變包含負(fù)號比較，△H₁＞△H₂
③二氧化硫和氧氣反應(yīng)生成三氧化硫的反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，恒容容器中反應(yīng)進(jìn)行過程中壓強(qiáng)減小，恒壓容器中反應(yīng)過程中壓強(qiáng)比恒容容器中的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率大，Q₁＜Q₂，
④碳酸鈣分解吸熱，氧化鈣和水反應(yīng)放熱，焓變包含負(fù)號比較，△H₁＞△H₂
綜上所述：①③符合；
故答案為：①③；
（2）氧化還原反應(yīng)Zn（s）+Cu²⁺（aq）═Zn²⁺（aq）+Cu（s）設(shè)計(jì)的原電池，銅做正極，鋅做負(fù)極，溶液中銅離子移向正極，
①銅電極做原電池正極，發(fā)生的電極反應(yīng)為Cu²⁺+2e^-═Cu，故答案為：Cu²⁺+2e^-═Cu；  
②原電池反應(yīng)過程中電解質(zhì)溶液中陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，故答案為：正；
（3）①由圖可知反應(yīng)進(jìn)行到3min時(shí)，消耗的Y和生成的X均為0.5mol，說明二者的計(jì)量數(shù)相同，已知CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
則反應(yīng)物Y為CO₂，故答案為：CO₂；
②反應(yīng)進(jìn)行到3min時(shí)，反應(yīng)未到達(dá)平衡狀態(tài)，反應(yīng)仍正向進(jìn)行，所以v_正＞v_逆；反應(yīng)前3min，消耗的二氧化碳為1.00-0.50=0.50mol/L，則消耗的氫氣為
0.50mol/L×3=1.50mol/L，則v（H₂）=$\frac{1.50mol}{3min}$=0.5mol•L^-1•min^-1，
故答案為：＞；0.5；
③在一定條件下，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，
A．容器內(nèi)各氣體的體積比保持不變，說明各物質(zhì)的量保持不變，所以證明已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．混合氣體的體積不變，質(zhì)量守恒，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能證明已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，不同物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，即是平衡狀態(tài)，所以3v_逆（CH₃OH）=v_正（H₂） 時(shí)，說明已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．由圖可知，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化了0.75mol/L，則H₂轉(zhuǎn)化了0.75mol/L×3=2.25mol/L，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率為 $\frac{2.25}{3}$×100%=75%，故D正確；
故答案為：ACD；
④反應(yīng)CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）是反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的逆反應(yīng)，二者的平衡常數(shù)互為倒數(shù)的關(guān)系，則K′=$\frac{1}{K}$=$\frac{1}{5.33}$=0.9，故答案為：0.19；
⑤由圖可知，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化了0.75mol/L，則H₂轉(zhuǎn)化了0.75mol/L×3=2.25mol/L，生成的c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L；
則平衡時(shí)c（CO₂）=0.25mol/L，c（H₂）=0.75mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂O）=0.75mol/L，
則K=$\frac{c（C{H}_{3}COOH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，往容器中同時(shí)加入1molCO₂和1mol H₂O（g），則Qc=$\frac{0.75×（1+0.75）}{（0.25+1）×0.7{5}^{3}}$=2.49＜K=5.33，則反應(yīng)未到達(dá)平衡狀態(tài)，所以反應(yīng)向右進(jìn)行，
故答案為：向右；
（4）①．a(chǎn)點(diǎn)時(shí)醋酸過量，溶液為CH₃COOH和CH₃COONa的混合物，溶液呈酸性，應(yīng)存在c（CH₃COO^-）＞c（CH₃COOH），故①錯(cuò)誤；
②．根據(jù)溶液電荷守恒可知溶液中應(yīng)存在c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），溶液呈中性，應(yīng)有c（H⁺）=c（OH^-），則c（Na⁺）=c（CH₃COO^-），故②正確；
③．c點(diǎn)時(shí)，溶液呈堿性，應(yīng)有c（H⁺）＜c（OH^-），溶液中存在質(zhì)子守恒，c（OH^-）=c（CH₃COOH）+c（H⁺），故③正確；
④．d點(diǎn)為NaOH和CH₃COONa的混合物，溶液呈堿性，由于CH₃COO^-存在微弱的水解，則有c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（CH₃COO^-）＞c（H⁺），故④錯(cuò)誤．
故選②③．

點(diǎn)評 本題考查原電池原理、化學(xué)反應(yīng)能量變化、反應(yīng)速率和平衡常數(shù)的計(jì)算、化學(xué)平衡的計(jì)算與影響因素、電解質(zhì)溶液中離子濃度大小和電荷守恒物料守恒的分析等，題目涉及的知識點(diǎn)較多，難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生分析和解決問題的能力．