Question

6．隨著國(guó)際油價(jià)不斷攀升，合成CH₃OH替代汽油的研究成為熱點(diǎn)．工業(yè)上常用天然氣制備合成CH₃OH的原料氣．
已知：CH₄（g）+O₂（g）?CO（g）+H₂（g）+H₂O（g）△H=-321.5kJ•mol^-1
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+250.3kJ•mol^-1
C0（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1
（1）CH₄（g）與O₂（g）反應(yīng)生成CH₃OH（g）的熱化學(xué)方程式為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=-251.2KJ/mol．
（2）向V L恒容密閉容器中充入a mol CO與2a mol H₂．發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
CO在不同壓強(qiáng)下的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示．
①壓強(qiáng)p₁＜（填“＜”“=”或“＞”）p₂．
②在100℃、p₁壓強(qiáng)時(shí)，反應(yīng)的平衡常數(shù)為$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$（用含a、V的代數(shù)式表示）．上述條件下達(dá)平衡后，再向容器中充入a mol CO和2a mol H₂，重新達(dá)平衡后，CO的體積分?jǐn)?shù)減小（填“增大”“減小”或“不變”，下同），平衡常數(shù)不變．
（3）工業(yè)上常用甲醇來(lái)制備甲酸（一元酸）．已知25℃時(shí)，0.1mol/L甲酸（HCOOH）溶液和0.1mol/L乙酸溶液的pH分別為2.3和2.9．現(xiàn)有相同物質(zhì)的量濃度的下列三種溶液：①HCOONa溶液  ②CH₃COONa  ③NaCl溶液，其pH由大到小的順序是②＞①＞③（填溶液序號(hào)）．向0.1mol/L HCOOH溶液中加水或加入少量HCOONa晶體時(shí)，都會(huì)引起的變化是a（填字母）．
a．溶液的pH增大        b．HCOOH的電離程度增大
c．溶液的導(dǎo)電能力減弱   d．溶液中c（OH^-）減小．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律書寫目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（2）①反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
②100°C時(shí)一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，結(jié)合平衡三段式計(jì)算平衡濃度，代入平衡常數(shù)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算；上述條件下達(dá)平衡后，再向容器中充入a mol CO和2a mol H₂，相當(dāng)于加壓，平衡向氣體體積縮小的方向移動(dòng)；平衡常數(shù)只受溫度影響；
（3）鹽對(duì)應(yīng)的酸越弱，對(duì)應(yīng)鹽水解程度越大，堿性越強(qiáng)，pH值越大；向0.1mol/L的HCOOH溶液中加水，越稀越電離，平衡正向移動(dòng)，加入少量HCOONa晶體時(shí)，HCOO^-離子濃度變大，電離解平衡逆向移動(dòng)．

解答 解：（1）①CH₄（g）+O₂（g）?CO（g）+H₂（g）+H₂O（g）△H=-321.5kJ/mol
②CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+250.3kJ/mol
③CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律，①+②-2×③得到：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=-251.2KJ/mol，
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=-251.2KJ/mol；
（2）①由圖象可知，相同溫度下P₂壓強(qiáng)下一氧化碳轉(zhuǎn)化率大于P₁壓強(qiáng)下一氧化碳轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大平衡正向進(jìn)行，所以P₁＜P₂；
故答案為：＜；
②向VL恒容密閉容器中充入a mol CO與2a mol H₂，100°C時(shí)一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，故CO濃度變化量為
$\frac{0.5amol}{VL}$=$\frac{a}{2V}$mol/L，則：
                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）：$\frac{a}{V}$      $\frac{2a}{V}$         0 
變化量（mol/L）：$\frac{a}{2V}$      $\frac{a}{V}$         $\frac{a}{2V}$        
平衡量（mol/L）：$\frac{a}{2V}$      $\frac{a}{V}$         $\frac{a}{2V}$
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{a}{2V}}{\frac{a}{2V}×（\frac{a}{V}）^{2}}$=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$，
上述條件下達(dá)平衡后，再向容器中充入a mol CO和2a mol H₂，相當(dāng)于加壓，平衡向氣體體積縮小的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)，CO的體積分?jǐn)?shù)會(huì)減�。黄胶獬�數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，
故答案為：$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$；減��；不變；
（3）鹽對(duì)應(yīng)的酸越弱，對(duì)應(yīng)鹽水解程度越大，堿性越強(qiáng)，pH值越大，已知25℃時(shí)0.1mol/L的HCOOH溶液和0.1mol/L的CH₃COOH溶液的pH分別為2.3和2.9，所以HCOOH的酸性強(qiáng)于CH₃COOH，所以pH由大到小為：②＞①＞③；向0.1mol/L HCOOH溶液中加水或加入少量HCOONa晶體時(shí)，都會(huì)引起的變化是：
a．加水稀釋后，平衡正向移動(dòng)，氫離子物質(zhì)的量增大，但外界條件是主要的，稀釋后氫離子濃度是減小的，酸性減弱，PH增大；加入少量HCOONa晶體時(shí)，HCOO^-離子濃度變大，電離平衡逆向移動(dòng)，氫離子濃度減小，酸性減弱，PH值增大，故a正確；
b．加水，越稀越電離，平衡正向移動(dòng)，電離程度增大；加入少量HCOONa晶體時(shí)，HCOO^-離子濃度變大，電離解平衡逆向移動(dòng)，電離程度減小，故b錯(cuò)誤；
c．加水后離子濃度變小，導(dǎo)電能力減弱；加入加入少量HCOONa晶體后，離子濃度變大，溶液的導(dǎo)電能力增強(qiáng)，故c錯(cuò)誤；
d．加水使溶液中氫離子濃度減小，溫度不變，水的離子積常數(shù)K_W不變，c（OH^-）=$\frac{{K}_{W}}{c（{H}^{+}）}$，則c（OH^-）增大；加入少量HCOONa晶體后，電離平衡逆向移動(dòng)，氫離子濃度減小，溶液中c（OH^-）增大，故d錯(cuò)誤；
故答案為：②＞①＞③；a．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡圖象及影響因素、平衡常數(shù)有關(guān)計(jì)算等，題目難度中等，注意掌握化學(xué)平衡三段式解題法，弱電解質(zhì)電離，側(cè)重考查外界條件改變對(duì)電離平衡的影響，注意掌握基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，題目難度中等．