Question

12．化學反應原理是中學化學學習的重要內容．請回答下列問題：

（1）下列判斷正確的是①③．
①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂則△H₁＜△H₂
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₁
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H₂則△H₁＜△H₂
③t℃時，在一定條件下，將1mol SO₂和1mol O₂分別置于恒容和恒壓的兩個密閉容器中，達到平衡狀態(tài)時反應放出的熱量分別為Q₁和Q₂則Q₁＜Q₂
④CaCO₃（s）═CaO（s）+CO₂（g）△H₁
CaO（s）+H₂O（l）═Ca（OH）₂（s）△H₂則△H₁＜△H₂．
（2）依據氧化還原反應Zn（s）+Cu²⁺（aq）═Zn²⁺（aq）+Cu（s）  
設計的原電池如圖1所示．
請回答下列問題：
①銅電極發(fā)生的電極反應為Cu²⁺+2e^-═Cu②溶液中Cu²⁺向正極移動．
（3）在一恒溫、恒容密閉容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH （g）+H₂O（g）△H=-49.0 kJ/mol
某種反應物和生成物的濃度隨時間變化如圖2所示．回答下列問題：
①Y的化學式是CO₂
②反應進行到3min時，v_正＞v_逆（填“＞”或“＜”、“=”）．反應前3min，H₂的平均反應速率v（H₂）=0.5mol•L^-1•min^-1．
③能證明該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據是ACD
A．容器內各氣體的體積分數保持不變
B．混合氣體密度不變
C．3v_逆（CH₃OH）=v_正（H₂）                                         
D．混合氣體的平均相對分子質量不變
E．CO₂的轉化率為70%            
F．混合氣體中CO₂與H₂的體積比為1﹕3
④上述溫度下，反應CH₃OH （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）的平衡常數K=0.19（計算結果保留2位小數）．
⑤上述反應達到平衡后，往容器中同時加入0.1mol CO₂和0.3mol H₂O （g），此時平衡將向右（填“向左”、“向右”或“不”）移動．
（4）室溫時，向20 mL 0.1 mol/L的醋酸溶液中不斷滴入0.1 mol/L的NaOH溶液，溶液的pH變化與所加NaOH溶液體積的關系如圖3所示．下列有關溶液中離子、分子濃度大小關系的描述中正確的是②③．
①a點時：c（CH₃COOH）＞c（CH₃COO^-）＞ c（Na⁺）＞ c（H⁺）＞c（OH^-）
②b點時：c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）
③c點時：c（OH^-）=c（CH₃COOH）+c（H⁺）
④d點時：c（Na⁺）＞ c（CH₃COO^-）＞ c（OH^-）＞c（H⁺）

Answer 1

分析 （1）根據物質的狀態(tài)影響反應熱的數值，反應熱的符號與吸熱、放熱的關系，反應熱的數值與化學方程式前面的系數成正比來回答，注意水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)是放熱的，物質的分解反應是吸熱的，物質的化合反應大多數是放熱的，放熱反應的焓變?yōu)樨撝当容^大�。�
（2）裝置圖分析可知為銅鋅原電池，銅做正極，鋅做原電池的負極，電解質溶液中銅離子在正極得到電子生成銅，負極是鋅失電子發(fā)生氧化反應，原電池中陽離子移向正極，陰離子移向負極；
（3）①由圖可知反應進行到3min時，消耗的Y和生成的X均為0.5mol，說明二者的計量數相同，根據方程式判斷；
②反應進行到3min時，反應未到達平衡狀態(tài)；根據二氧化碳的濃度變化求出氫氣的濃度變化，再求反應速率；
③在一定條件下，當化學反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變；
④先計算出平衡常數K，由圖可知，達到平衡狀態(tài)時二氧化碳轉化了0.75mol/L，則H₂轉化了0.75mol/L×3=2.25mol/L，生成的c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，則平衡時c（CO₂）=0.25mol/L，c（H₂）=0.75mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂O）=0.75mol/L，據此計算化學反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH （g）+H₂O（g）的平衡常數，正逆反應的平衡常數互為倒數關系；
⑤往容器中同時加入1molCO₂和1mol H₂O（g），再根據Qc與K的大小關系判斷反應進行的方向；
（4）①．a點溶液為CH₃COOH和CH₃COONa的混合物，溶液呈酸性，c（H⁺）＞c（OH^-），說明醋酸的電離程度大于醋酸根離子的水解程度；
②．b點時溶液的pH=7，c（H⁺）=c（OH^-），根據電荷守恒可知c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）；
③．c點時，恰好反應生成醋酸鈉溶液，根據電荷守恒和物料守恒進行判斷；
④．d點氫氧化鈉過量，為NaOH和CH₃COONa的混合物，溶液呈堿性．

解答 （1）①因CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）是燃燒反應，反應均放熱，△Η＜0，
  CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁，CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂，因水由氣態(tài)變成液態(tài)，放出熱量，所以△H₁＜△H₂，故①正確；
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₁，2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H₂；氫氣的燃燒是放熱的，所以焓變是負值，系數加倍，焓變數值也加倍，所以△H₂=2△H₁＜0，所以△H₂＜△H₁，故②錯誤；
③℃時，在一定條件下，將1 mol SO₂和1 mol O₂分別置于恒容和恒壓的兩個密閉容器中，恒壓密閉容器相當于在恒容的基礎上正向移動了，所以恒P下，達到平衡狀態(tài)時放出的熱量更多，達到平衡狀態(tài)時放出的熱量分別為Q₁、Q₂，Q₁＜Q₂，故③正確；
④CaCO₃（s）═CaO（s）+CO₂（g）△H₁＞0，CaO（s）+H₂O（l）═Ca（OH）₂（s）△H₂＜0，所以△H₁＞△H₂，故④錯誤．
故答案為：①③；
（2）裝置圖分析可知為銅鋅原電池，銅做正極，鋅做原電池的負極，電解質溶液中銅離子在正極得到電子生成銅，負極是鋅失電子發(fā)生氧化反應，原電池中陽離子移向正極，陰離子移向負極，
①銅電極發(fā)生的電極反應為：Cu²⁺+2e^-═Cu，故答案為：Cu²⁺+2e^-═Cu；   
②上述分析可知原電池中陽離子移向正極，陰離子移向負極，
故答案為：正；
（3）①由圖可知反應進行到3min時，消耗的Y和生成的X均為0.5mol，說明二者的計量數相同，已知CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
則反應物Y為CO₂，故答案為：CO₂；
②反應進行到3min時，反應未到達平衡狀態(tài)，反應仍正向進行，所以v_正＞v_逆；反應前3min，消耗的二氧化碳為1.00-0.50=0.50mol/L，則消耗的氫氣為
0.50mol/L×3=1.50mol/L，則v（H₂）=$\frac{1.50mol/L}{3min}$=0.5mol•L^-1•min^-1，
故答案為：＞；0.5；
③在一定條件下，當化學反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，
A．容器內各氣體的體積比保持不變，說明各物質的量保持不變，所以證明已經達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．混合氣體的體積不變，質量守恒，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能證明已經達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．達到平衡狀態(tài)時，不同物質的反應速率之比等于計量數之比，即是平衡狀態(tài)，所以3v_逆（CH₃OH）=v_正（H₂） 時，說明已經達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．由圖可知，達到平衡狀態(tài)時二氧化碳轉化了0.75mol/L，則H₂轉化了0.75mol/L×3=2.25mol/L，所以氫氣的轉化率為 $\frac{2.25}{3}$×100%=75%，故D正確；
故答案為：ACD；
④由圖可知，達到平衡狀態(tài)時二氧化碳轉化了0.75mol/L，則H₂轉化了0.75mol/L×3=2.25mol/L，生成的c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，則平衡時c（CO₂）=0.25mol/L，c（H₂）=0.75mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂O）=0.75mol/L，
則K=$\frac{[C{H}_{3}COOH][{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}][{H}_{2}]^{3}}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，反應CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）是反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的逆反應，二者的平衡常數互為倒數的關系，則K′=$\frac{1}{K}$=$\frac{1}{5.33}$=0.19，故答案為：0.19．
⑤往容器中同時加入1molCO₂和1mol H₂O（g），則Qc=$\frac{0.75×（1+0.75）}{（0.25+1）÷0.7{5}^{3}}$=2.49＜K=5.33，則反應未到達平衡狀態(tài)，所以反應向右進行，
故答案為：向右；
（4）①．a點時醋酸過量，溶液為CH₃COOH和CH₃COONa的混合物，溶液呈酸性，醋酸根離子的水解程度小于醋酸的電離程度，則c（CH₃COO^-）＞c（CH₃COOH），故①錯誤；
②．b點時根據溶液電荷守恒可知溶液中應存在c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），溶液呈中性，應有c（H⁺）=c（OH^-），則c（Na⁺）=c（CH₃COO^-），c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-），故②正確；
③．c點時，氫氧化鈉與醋酸恰好反應生成醋酸鈉溶液，醋酸鈉溶液中，根據電荷守恒可得：①c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），根據物料守恒可得：②c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH），將②帶人①可得：c（OH^-）=c（CH₃COOH）+c（H⁺），為質子守恒，故③正確；
④．d點為NaOH和CH₃COONa的混合物，溶液呈堿性，由于CH₃COO^-存在微弱的水解，則有c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（CH₃COO^-）＞c（H⁺），故④錯誤．
故答案為：②③；

點評 本題考查了物質反應能量變化分析判斷，反應速率計算、化學平衡的計算與影響因素、平衡常數的計算、反應方向的判斷，酸堿混合的判斷和離子濃度大小比較等，側重于考查學生分析和解決問題的能力，題目難度較大，注意掌握溶液酸堿性與溶液pH的關系，能夠根據電荷守恒、物料守恒、鹽的水解判斷溶液中離子濃度大�。�