Question

15．實(shí)施以減少能源浪費(fèi)和降低廢氣排放為基本內(nèi)容的節(jié)能減排政策，是應(yīng)對(duì)全球氣候問題、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇．化工行業(yè)的發(fā)展必須符合國家節(jié)能減排的總體要求．試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問題：
（1）已知某反應(yīng)的平衡表達(dá)式為：K=$\frac{{C（{H_2}）C（CO）}}{{C（{H_2}O）}}$，該條件下每消耗3g水蒸氣，需吸收22kJ的熱量，則該反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)為：C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g）△H=+132kJ/mol
（2）已知在一定溫度下，
C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常數(shù)K₁；
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常數(shù)K₂；
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）  平衡常數(shù)K₃；
則K₁、K₂、K₃之間的關(guān)系是：K₃=K₁×K₂．
（3）煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實(shí)際問題．已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），若在500℃時(shí)進(jìn)行，設(shè)起始時(shí)CO和H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為：75%．
（4）從氨催化氧化可以制硝酸，此過程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．對(duì)反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0在溫度為T₁、T₂時(shí)，平衡體系中NO₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖所示．下列說法正確的是D．
A．A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：A＞C
B．A、C兩點(diǎn)氣體的顏色：A深，C淺
C．B、C兩點(diǎn)的氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量：B＜C
D．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法
E．A、C兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)：A＞C
（5）0.2mol/L的NaOH與0.4mol/L的硝酸銨溶液等體積混合后，溶液中各離子的物質(zhì)的量濃度從大到小的順序是c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）由平衡表達(dá)式為：K=$\frac{{C（{H_2}）C（CO）}}{{C（{H_2}O）}}$，則該反應(yīng)為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），計(jì)算消耗1mol水蒸氣吸收的熱量，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
（2）已知：①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）
①+②可得③，則反應(yīng)③的平衡常數(shù)為①與②的平衡常數(shù)之積；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
設(shè)平衡時(shí)CO濃度變化量為xmol/L，表示出平衡時(shí)各組分濃度，根據(jù)平衡常數(shù)列方程計(jì)算解答；
（4）N₂O₄（g）═2NO₂（g）△H＞0，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大；增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)減�。�
A．A、C兩點(diǎn)在等溫線上，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快；
B．增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，向逆反應(yīng)進(jìn)行是減小由于壓強(qiáng)增大導(dǎo)致濃度增大趨勢(shì)，但到達(dá)平衡仍比原平衡濃度大；
C．B、C兩點(diǎn)相同物質(zhì)的含量相同，即二氧化氮與四氧化二氮的物質(zhì)的量之比相等；
D．壓強(qiáng)相同，升高溫度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大；
E．A、C兩點(diǎn)溫度相等，則平衡常數(shù)相同；
（5）0.2mol/L的NaOH與0.4mol/L的硝酸銨溶液等體積混合后，得到溶液中硝酸鈉、硝酸銨、氨水的濃度相等，一水合氨的電離程度大于銨根離子水解程度，溶液呈堿性．

解答 解：（1）由平衡表達(dá)式為：K=$\frac{{C（{H_2}）C（CO）}}{{C（{H_2}O）}}$，則該反應(yīng)為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），消耗1mol水蒸氣吸收的熱量為22kJ×$\frac{1mol×18g/mol}{3g}$=132kJ，反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式為：，
故答案為：C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g）△H=+132kJ/mol；
故答案為：C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g）△H=+132kJ/mol；
（2）已知：①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）
則K₁=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$，K₂=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$，K₃=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$×$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=K₁×K₂，
故答案為：K₃=K₁×K₂；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
設(shè)平衡時(shí)CO濃度變化量為xmol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
開始（mol/L）：0.02    0.02     0      0
變化（mol/L）：x        x       x      x
平衡（mol/L）：0.02-x  0.02-x   x      x
所以$\frac{x×x}{（0.02-x）×（0.02-x）}$=9，解得x=0.015，
所以CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.015mol/L}{0.02mol/L}$×100%=75%，
故答案為：放熱；75%；
（3）A．由圖象可知，A、C兩點(diǎn)在等溫線上，C的壓強(qiáng)大，則A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：A＜C，故A錯(cuò)誤；
B．A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，C的壓強(qiáng)大，與A相比C點(diǎn)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，向逆反應(yīng)進(jìn)行是由于減小體積增大壓強(qiáng)，平衡移動(dòng)的結(jié)果降低NO₂濃度增大趨勢(shì)，但到達(dá)平衡仍比原平衡濃度大，平衡時(shí)NO₂濃度比A的濃度高，NO₂為紅棕色氣體，則A、C兩點(diǎn)氣體的顏色：A淺，C深，故B錯(cuò)誤；
C．B、C兩點(diǎn)相同物質(zhì)的含量相同，即二氧化氮與四氧化二氮的物質(zhì)的量之比相等，則平均相對(duì)分子質(zhì)量相等，故C錯(cuò)誤；
D．升高溫度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大，由圖象可知，A點(diǎn)NO₂的體積分?jǐn)?shù)大，則T₁＜T₂，由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，故D正確；
E．A、C兩點(diǎn)溫度相等，則平衡常數(shù)相同，故E錯(cuò)誤，
故選：D；
（5）0.2mol/L的NaOH與0.4mol/L的硝酸銨溶液等體積混合后，得到溶液中硝酸鈉、硝酸銨、氨水的濃度相等，一水合氨的電離程度大于銨根離子水解程度，溶液呈堿性，故溶液中離子濃度大小為：c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡圖象、平衡常數(shù)、熱化學(xué)方程式書寫、離子濃度大小比較等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．