Question

（Ⅰ）甲醇是一種新型的汽車動力燃料，工業(yè)上可通過CO和H₂化合來制備甲醇．
已知某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O(shè)	H-O
鍵能/kJ?mol-1	348	413	436	358	1072	463

請回答下列問題：
（1）已知CO中的C與O之間為叁鍵連接，則工業(yè)制備甲醇的熱化學(xué)方程式為

 

；
（2）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應(yīng)，在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1mol CO和2mol H₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計）后在250℃開始反應(yīng)，并用壓力計監(jiān)測容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時間/min	0	5	10	15	20	25
壓強(qiáng)/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則從反應(yīng)開始到20min時，以CO表示的平均反應(yīng)速率=

 

，該溫度下平衡常數(shù)K=

 

，若升高溫度則K值

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）；
（3）下列描述中能說明上述反應(yīng)已達(dá)平衡的是

 

；
A．2v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆
B．容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變
C．容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變
D．單位時間內(nèi)生成n mol CO的同時生成2n mol H₂
（Ⅱ）回答下列問題：
（1）體積均為100mL pH=2的CH₃COOH與一元酸HX，加水稀釋過程中pH與溶液體積的關(guān)系如圖所示，則Ka（HX）

 

 Ka（CH₃COOH）（填＞、＜或=）
（2）25℃時，CH₃COOH與CH₃COONa的混合溶液，若測得pH=6，則溶液中C（CH₃COO^-）-c（Na⁺）=

 

mol?L^-1（填精確值）．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡

專題：化學(xué)平衡專題,電離平衡與溶液的pH專題

分析：（Ⅰ）（1）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)焓變=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和計算，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)的焓變寫出熱化學(xué)方程式；
（2）通過（1）寫出的熱化學(xué)方程式可知反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，當(dāng)減小到20min時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，依據(jù)反應(yīng)速率概念V=

△c

△t

計算速率，平衡常數(shù)是利用平衡狀態(tài)下生成物濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物濃度的冪次方乘積得到；對于放熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)會減小；
（3）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，可由此進(jìn)行判斷；
（Ⅱ）（1）由圖可知，稀釋相同的倍數(shù)，HX的pH變化程度大，則酸性HX強(qiáng)，電離平衡常數(shù)大；
（2）25℃時，混合液pH=6，c（H⁺）=1.0×10^-6mol/L，則由Kw可知，c（OH^-）=1.0×10^-8mol/L，由電荷守恒可知，c（CH₃COO^-）-c（Na⁺）=c（H⁺）-c（OH^-）．

解答： 解：（Ⅰ）（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），反應(yīng)的焓變可以根據(jù)反應(yīng)物的總鍵能和生成物的總鍵能計算得到，焓變=反應(yīng)物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，依據(jù)圖表提供的化學(xué)鍵的鍵能計算得到，）△H₁═1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ?mol^-1，熱化學(xué)方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），△H=-116 kJ?mol^-1，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），△H=-116 kJ?mol^-1；
（2）從反應(yīng)開始到20min時，設(shè)CO的濃度變化量是x，
          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始濃度：0.5     1            0
變化濃度：x      2x            x
平衡濃度：0.5-x  1-2x         x
根據(jù)反應(yīng)前后壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則

3

3-4x

12.6

8.4

，解得x=0.25mol/L，
從反應(yīng)開始到20min時，以CO表示的平均反應(yīng)速率v=

△c

△t

=

0.25mol/L

20min

=0.0125mol/（L?min），
平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.25mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L)2

=4（mol/L）^-2，
對于該放熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)會減��；
故答案為：0.0125mol/（L?min）；4（mol/L）^-2；減��；
（3）反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動原理分析判斷
A、v（H₂）_正=2v（CH₃OH）_逆才能說明正逆反應(yīng)速率相等，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，故A錯誤；
B、容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量等于總質(zhì)量除以總物質(zhì)的量，質(zhì)量是守恒的保持不變，但是n變化，當(dāng)氣體的平均摩爾質(zhì)量不變了，證明達(dá)到平衡，故B正確；
C、反應(yīng)是前后氣體體積變化的反應(yīng)，容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變，證明達(dá)到了平衡，故C正確；
D、單位時間內(nèi)生成nmolCO的同時生成2nmolH₂，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡，故D錯誤．
故選BC．
（Ⅱ）（1）稀釋相同的倍數(shù)，pH變化大的酸酸性強(qiáng)，由圖可知，HX的pH變化程度小，則酸性比醋酸強(qiáng)，HX的電離平衡常數(shù)比醋酸大，故答案為：＞；
（2）25℃時，混合液pH=6，c（H⁺）=1.0×10^-6mol/L，則由Kw可知，c（OH^-）=1.0×10^-8mol/L，由電荷守恒可知，c（CH₃COO^-）-c（Na⁺）=c（H⁺）-c（OH^-）=9.9×10^-7mol/L；
故答案為：9.9×10^-7．

點評：本題涉及化學(xué)反應(yīng)的焓變和化學(xué)鍵鍵能之間的關(guān)系、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡、等效平衡以及化學(xué)平衡的有關(guān)計算知識，綜合性強(qiáng)，難度大．