Question

Ⅰ：由于溫室效應(yīng)和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發(fā)利用，引起了各國(guó)的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H＜0
（1）該反應(yīng)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為

 

．溫度降低，平衡常數(shù)K

 

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（2）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v（H₂）為

 

．
（3）下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的有

 

．
A．升高溫度；      B．加入催化劑；C．將H₂O（g）從體系中分離；D．再充入1mol CO₂和3mol H₂；
E．充入He（g），使體系總壓強(qiáng)增大．
（4）如圖2所示，在甲、乙兩容器中分別充入物質(zhì)的量之比為1：3 的CO₂和H₂，使甲、乙兩容器初始容積相等．在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)，并維持反應(yīng)過程中溫度不變．甲和乙相比，轉(zhuǎn)化程度更大的是

 

，且知乙容器中CO₂的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的圖象如圖3所示，請(qǐng)?jiān)趫D3中畫出甲容器中CO₂的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的圖象．并請(qǐng)說明以CO₂為原料生產(chǎn)燃料甲醇的優(yōu)點(diǎn)是

 

（寫出一條即可）．

Ⅱ：一定常溫下，F(xiàn)eS的K_SP=2.5×10^-18，H₂S飽和溶液在該溫度下，[H⁺]與[S^2-]存在著以下關(guān)系：[H⁺]²?[S^2-]=1.0×10^-21．在該溫度下，將適量FeS投入H₂S飽和溶液中，欲使溶液中[Fe²⁺]達(dá)到1mol/L，應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH為

 

（用對(duì)數(shù)形式表示）．（寫出計(jì)算過程）

Answer 1

分析：Ⅰ：（1）根據(jù)反應(yīng)方程式和平衡常數(shù)的含義書寫其表達(dá)式，根據(jù)溫度對(duì)平衡的影響，判斷K的變化；
（2）根據(jù)反應(yīng)速率v=

△c

△t

計(jì)算v（CO₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）；
（3）要使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，依據(jù)影響平衡移動(dòng)的因素分析；
（4）在甲、乙兩容器中分別充入物質(zhì)的量之比為1：3 的CO₂和H₂，使甲、乙兩容器初始容積相等，由圖可知，甲的壓強(qiáng)不變，乙的體積不變，由反應(yīng)可知乙的壓強(qiáng)會(huì)減小，則甲的壓強(qiáng)大于乙的壓強(qiáng)，所以甲容器中CH₄的轉(zhuǎn)化率大；由于甲中壓強(qiáng)大，則反應(yīng)速率快，達(dá)到平衡的時(shí)間變小；以CO₂為原料生產(chǎn)燃料甲醇能使廢棄物利用，有利于環(huán)保；
Ⅱ：根據(jù)FeS的K_SP求出[Fe²⁺]達(dá)到1mol/L時(shí)，硫離子的濃度，再根據(jù)[H⁺]與[S^2-]存在的關(guān)系求出氫離子的濃度．

解答：解：（1）已知CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H＜0，則其平衡常數(shù)的表達(dá)式為：K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；已知該反應(yīng)正方向?yàn)榉艧岱较�，所以降低溫度平衡正移，則平衡常數(shù)K增大，
故答案為：K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；增大；
（2）從反應(yīng)開始到平衡，v（CO₂）=

1mol/L-0.25mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1，速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（H₂）=3×0.075mol?L^-1?min^-1=0.225 mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.225 mol?L^-1?min^-1；
（3）要使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則

n(CH3OH)

n(CO2)

減小，故A錯(cuò)誤；
B．加入催化劑，平衡不移動(dòng)，則n

n(CH3OH)

n(CO2)

不變，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方法移動(dòng)，則

n(CH3OH)

n(CO2)

增大，故C正確；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效于在原來(lái)基礎(chǔ)上縮小體積一半，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則

n(CH3OH)

n(CO2)

增大，故D正確；
E．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但對(duì)反應(yīng)物質(zhì)來(lái)說，濃度沒有變化，平衡不移動(dòng)，

n(CH3OH)

n(CO2)

不變，故E錯(cuò)誤；
故答案為：CD；
（4）在甲、乙兩容器中分別充入物質(zhì)的量之比為1：3 的CO₂和H₂，使甲、乙兩容器初始容積相等，由圖可知，甲的壓強(qiáng)不變，乙的體積不變，由反應(yīng)可知乙的壓強(qiáng)會(huì)減小，則甲的壓強(qiáng)大于乙的壓強(qiáng)，所以甲容器中CH₄的轉(zhuǎn)化率大；由于甲中壓強(qiáng)大，則甲的反應(yīng)速率快，達(dá)到平衡的時(shí)間短，所以甲容器中CO₂的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的圖象為：；以CO₂為原料生產(chǎn)燃料甲醇，能使CO₂廢棄物利用，有利于環(huán)保，
故答案為：甲；；廢棄物利用，有利于環(huán)保；
Ⅱ：要使溶液中[Fe²⁺]達(dá)到1mol/L，則[S^2-]=

Ksp

[Fe2+]

=2.5×10^-18mol/L，已知H₂S飽和溶液在該溫度下，[H⁺]與[S^2-]存在著以下關(guān)系：[H⁺]²?[S^2-]=1.0×10^-21，所以溶液中[H⁺]=2×10^-2mol/L，則pH=2-lg2，
故答案為：2-lg2．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡圖象、化學(xué)平衡計(jì)算以及平衡移動(dòng)、溶度積常數(shù)的有關(guān)計(jì)算等問題，題目難度較大，注意根據(jù)圖象計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度為解答該題的關(guān)鍵．