Question

能源短缺是人類面臨的重大問題。甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景。因此甲醇被稱為21世紀的新型燃料。

（1）已知在常溫常壓下：

① 2CH₃OH(l)+3O₂(g)   2CO₂(g)+4H₂O(g)  △H= －1275.6 kJ·mol^—1

② H₂O(l)    H₂O(g)                     △H=+ 44.0 kJ.mo^—1

寫出表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式                               。

（2）工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。圖1表示反應(yīng)中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化圖。

①在“圖1”中，曲線          （填“a”或“b”）表示使用了催化劑。

②能判斷該反應(yīng)在“圖2”所在條件下是否已達化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是         。（雙選）

A．容器中壓強不變               B．體系的密度不隨時間改變

C．v_正(H₂)=2v_逆(CH₃OH)            D．CO與H₂的物質(zhì)的量的比不隨時間改變

③計算該溫度下CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的化學(xué)平衡常數(shù)K=           。

④請在“圖3”中畫出平衡時甲醇百分含量（縱坐標）隨溫度（橫坐標）變化的曲線，要求畫壓強不同的2條曲線（在曲線上標出P₁、P₂，且P₁<P₂）。

（3）CaSO₄是一種微溶物質(zhì)，已知K_sp（CaSO₄）=9.10×10^－6�，F(xiàn)將c mol·L^－1  CaCl₂溶液與2.00×10^－2 mol·L^－1 Na₂SO₄溶液等體積混合生成沉淀，則c的最小值是            （結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

 

Answer 1

【答案】

（16分）

（1）CH₃OH(g)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)  △H=—725.8kJ/mol  （共3分，化學(xué)方程式1分，△H 2分。如果甲醇的系數(shù)不是1扣2分，狀態(tài)符號不全扣1分，△H漏單位扣1分）

（2）①b（2分） ②AC（2分，全對2分，選對1

個得1分，有錯得0分。）

③ 12（3分，有單位且正確也給分）    

④（3分，全對才得分，不標P₁、P₂不給分）

（3）1.82×10^－3（3分，多寫單位不扣分，有效數(shù)字錯扣1分）

【解析】

試題分析：（1）依題意，根據(jù)蓋斯定律和燃燒熱的定義，由①/2—②×2可得：CH₃OH(g)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)  △H=—725.8kJ/mol；（2）①讀圖，曲線a、b表示活化能不同，說明b使用了催化劑，降低該反應(yīng)的活化能；②正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量增大的方向，未達平衡時容器中混合氣體總的物質(zhì)的量增大，因此壓強增大，若壓強不變，說明各組分物質(zhì)的量不變，即達到平衡，故A正確；由于混合氣體的密度等于混合氣體的總質(zhì)量除以密閉容器的容積，由于各組分都是氣體，根據(jù)質(zhì)量守恒定律推斷混合氣體的總質(zhì)量始終不變，因此密度不變不能說明達到平衡，故B錯誤；用不同物質(zhì)表示的正、逆反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中的系數(shù)之比，說明達到平衡，故C正確；各組分的物質(zhì)的量不隨時間改變能說明達到平衡，但兩反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比不隨時間改變，則不能說明達到平衡，故D錯誤；③由讀圖可推斷該反應(yīng)中各組分（起始、變化、平衡）濃度，則：

CO(g)  +  2H₂(g)  CH₃OH(g)

起始濃度/ mol•Lˉ¹       1.00       2.00           0

變化濃度/ mol•Lˉ¹       0.75       1.50          0.75

平衡濃度/ mol•Lˉ¹       0.25       0.50         0.75

K=c(CH₃OH)/[c(CO)•c²(H₂))]= 0.75/[ 0.25××0.50²]=12

④正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進行的規(guī)律推斷，逆反應(yīng)能自發(fā)進行的原因是符合熵判據(jù)，正反應(yīng)能自發(fā)的原因是符合焓判據(jù)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，其它條件不變時，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，甲醇百分含量減�。辉龃髩簭娖胶庀蛘�反應(yīng)方向移動，甲醇百分含量增大；因此畫圖要點是：P₁、P₂時甲醇百分含量都隨溫度升高逐漸減小，P₂時甲醇百分含量—溫度曲線高于P₁；

（3）兩溶液混合導(dǎo)致相互稀釋，根據(jù)稀釋定律：c₁•V₁=c₂•V₂，則混合后氯化鈣和硫酸鈉溶液的濃度都要減半；因此鈣離子濃度為c/2 mol·L^－1，硫酸根離子濃度為1.00×10^－2 mol·L^－1，由于K_sp(CaSO₄)=c(Ca²⁺)•c(SO₄^2－)，則c/2×1.00×10^－2=9.10×10^－6，即c=1.82×10^－3；根據(jù)溶度積規(guī)則，只有Q_c(CaSO₄)> K_sp(CaSO₄)時，才能形成硫酸鈣的過飽和溶液，才有沉淀析出，則c最小值為1.82×10^－3。

考點：考查化學(xué)反應(yīng)原理，涉及蓋斯定律和燃燒熱、催化劑對化學(xué)反應(yīng)的影響、化學(xué)平衡的判斷依據(jù)、化學(xué)平衡常數(shù)、判斷放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)、畫出溫度和壓強對平衡移動的影響圖像、稀釋公式及溶度積的計算。