Question

【題目】能源是人類生存、社會發(fā)展不可或缺的物質(zhì)，CO、H2、CH3OH均是重要的能源物質(zhì)。

（1）已知:氧氣中化學(xué)鍵的鍵能為497kJ/mol，二氧化碳中C=O鍵的鍵能為745kJ/mol。

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H1=-566kJ/mol

H2O(g)+CO(g)=H2(g)+CO2(g) △H2=-41kJ/mol

CH3OH(g)+O2(g)==CO2(g)+2H2O(g) △H3=-660kJ/mol

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H4

則使1molCO(g)完全分解成原子所需要的能量至少為___，△H4=___。

（2）某密閉容器中存在反應(yīng):CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，起始時容器中只有amol/LCO和bmol/LH2，平衡時測得混合氣體中CH3OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)[φ(CH3OH)]與溫度(T)、壓強(qiáng)(p)之間的關(guān)系如圖所示。

①溫度T1和T2時對應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K1、K2，則K1____K2(填“>”“<”“=”)；若恒溫(T1)恒容條件下，起始時a=1、b=2，測得平衡時混合氣體的壓強(qiáng)為p1kPa，則T1時該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=___。(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，用含p1的代數(shù)式表示)

②若恒溫恒容條件下，起始時充入1molCO和2molH2，達(dá)平衡后，CO的轉(zhuǎn)化率為α1，此時，若再充入1molCO和2molH2，再次達(dá)平衡后，CO的轉(zhuǎn)化率為α2，則α1_____α2 (填“＞”“＜”“=”“無法確定”)

③若恒溫恒容條件下，起始時a=1、b=2，則下列敘述能說明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是____。

A.CO、H2的物質(zhì)的量濃度之比為1:2，且不再隨時間的變化而變化

B.混合氣體的密度不再隨時間的變化而變化

C.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再隨時間的變化而變化

D.若將容器改為絕熱恒容容器時，平衡常數(shù)K不隨時間變化而變化

（3）工業(yè)上常用氨水吸收含碳燃料燃燒中產(chǎn)生的溫室氣體CO2，其產(chǎn)物之一是NH4HCO3。已知常溫下碳酸的電離常數(shù)K1=4.4×10-7、K2=4.7×10-11，NH3·H2O的電離常數(shù)K=1.8×10-5，則所得到的NH4HCO3溶液中c(NH4+)_____c(HCO3-)(填“＞”“＜”“=”)。

Answer 1

【答案】 958.5kJ -107kJ/mol > 25/(2p12)(kPa)-2 < CD >

【解析】分析：反應(yīng)等于反應(yīng)物的鍵能總和與生成物鍵能總和的差。根據(jù)蓋斯定律可以由已知反應(yīng)的反應(yīng)熱求出與之相關(guān)的未知反應(yīng)的反應(yīng)熱。放熱反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而減小。在恒溫恒容的平衡體系中再充入與原投料相同的反應(yīng)物，則平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大。由水解程度可以比較離子濃度的大小關(guān)系。

詳解：（1）由題中信息可知，2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H1=-566kJ/mol，氧氣中化學(xué)鍵的鍵能為497kJ/mol，二氧化碳中C=O鍵的鍵能為745kJ/mol，設(shè)一氧化碳的鍵能為x，則△H1=2x+497kJ/mol –(745 kJ/mol)-566kJ/mol，所以，x=958.5kJ/mol，則使1molCO(g)完全分解成原子所需要的能量至少為958.5kJ。已知：①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H1=-566kJ/mol；②H2O(g)+CO(g)=H2(g)+CO2(g) △H2=-41kJ/mol；③CH3OH(g)+O2(g)==CO2(g)+2H2O(g) △H3=-660kJ/mol。根據(jù)蓋斯定律，由①-②-③可得CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，則△H4=(-566kJ/mol)-(-41kJ/mol)= -107kJ/mol。

（2）①該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故φ(CH3OH)隨溫度升高而減小，該反應(yīng)的平衡常數(shù)也隨溫度的升高而減小，所以，溫度T1＜T2，K1＞K2；若恒溫(T1)恒容條件下，起始時a=1、b=2，起始量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，變化量之比也等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則CO和H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之比也等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。由圖中信息可知，到達(dá)平衡狀態(tài)時，φ(CH3OH)=40%，則φ(CO)=(1-40%)，φ(H2)= (1-40%)40%，測得平衡時混合氣體的壓強(qiáng)為p1kPa，則T1時該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=(kPa)-2。

②在恒溫恒容的平衡體系中再充入與原投料相同的反應(yīng)物，則平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動。若恒溫恒容條件下，起始時充入1molCO和2molH2，達(dá)平衡后，CO的轉(zhuǎn)化率為α1，此時，若再充入1molCO和2molH2，平衡向再次達(dá)平衡后，CO的轉(zhuǎn)化率變大，則α1＜α2．

③若恒溫恒容條件下，起始時a=1、b=2，投料比與化學(xué)計(jì)量數(shù)之比相同，則下列敘述：A.由于變化量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故CO、H2的物質(zhì)的量濃度之比恒為1:2，，無法據(jù)此判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，A不正確；B.由于氣體的總質(zhì)量和總體積均不變，故混合氣體的密度不隨時間的變化而變化，無法根據(jù)密度判斷是否達(dá)到平衡，B不正確；C.混合氣體的物質(zhì)的量是變量，故混合氣體的平均摩爾質(zhì)量也是變量，當(dāng)其不再隨時間的變化而變化時，達(dá)到平衡，C正確；D.平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，若將容器改為絕熱恒容容器時，平衡常數(shù)K不隨時間變化而變化時，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，D正確。綜上所述，能說明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是CD。

（3）已知常溫下碳酸的電離常數(shù)K1=4.4×10-7、K2=4.7×10-11，則水解常數(shù)Kh(HCO3-)=2.3×10-8＞K2，所以，HCO3-的水解程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其電離程度，其電離可以忽略不計(jì)。NH3·H2O的電離常數(shù)K=1.8×10-5，則Kh(NH4+)，所以，NH4+的水解程度小于HCO3-的，則所得到的NH4HCO3溶液中c(NH4+)＞c(HCO3-)。