Question

11．平衡指的是两个相反方向的变化最后所处的运动状态；中学阶段涉及的平衡有气体可逆反应的平衡、酸碱电离平衡、水解平衡及沉淀-溶解平衡等等．

（1）现有容积为2L的恒温恒容密闭容器，向其中加入2molA气体和2molB气体后发生如下反应：A（g）十B（g）?C（g）△H=-akj•mol^-1
20s后，反应达到平衡状态，生成lmolC气体，放出热量Q₁kJ．回答下列问题．
①计算 20s内B气体的平均化学反应速率为0.025mol/（L•s），求出该反应的平衡常数2．
②保持容器温度和容积不变，若改为向其中加入1molC气体，反应达到平衡时，吸收热量Q₂kJ，则Q₁与Q₂的相互关系正确的是（C）（填字母）．
（A）Q_l+Q₂=a        （B）Q₁+2Q₂＜2a       （C）  Q₁+2Q₂＞2a    （D） Q_l+Q₂＜a
（2）甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上可用合成气制备甲醇．反应为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）某温度下，在容积为2L的密闭容器中进行该反应，其相关 其相关数据见图：
①tmin至2tmin时速率变化的原因可能是反应受热或使用了催化剂；
②3tmin时对反应体系采取了一个措施，至4tmin时CO的物质的量为0.5mol，请完成图CO的变化曲线．
（3）常温下，将VmL、0.1000mol•L^-1氢氧化钠溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol•L^-1醋酸溶液中，充分反应．回答下列问题．（忽略溶液体积的变化）
①如果溶液pH=7，此时V的取值＜20.00（填“＞”、“＜”或“=“），而溶液中c（Na⁺）、c（CH₃COO^-）、c（H⁺）、c（OH^-）的大小关系；c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）．
②如 果  V=40.00，则 此 时 溶液 中 c（OH^-）-c（H⁺）-c（CH₃COOH）=0.33mol•L^-1
（4）某温度条件下，若将CO₂（g）和H₂（g）以体积比1：4混合，在适当压强和催化剂作用下可制得甲烷，己知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol　　　　 H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol则CO₂（g）和H₂（g）反应生成液态水的热化学方程式为：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）①由方程式可知，生成C与消耗的A、B物质的量均相等，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（B），计算平衡时各组分浓度，代入平衡常数K=$\frac{c（C）}{c（A）×c（B）}$计算；
②恒温恒容下，开始加入1molA气体和1molB气体与开始加入1molC气体是完全等效平衡，平衡时相同组分的物质的量相同，设加入1molA气体和1molB气体达到平衡时，放出的热量为Q₃，则Q₂+Q₃=a；
保持容器温度和容积不变，加入2molA气体和2molB气体与加入1molA气体和1molB气体相比，相当于增大一倍的压强，增大压强平衡正向移动，所以放出的热量Q₁＞2Q₃；
（2）①tmin时刻瞬间各组分的物质的量未变，而后反应速率加快，可能是反应受热或使用了催化剂；
②3tmin时改变条件后，甲醇的物质的量增大、氢气物质的量减小，改变条件平衡向正反应移动，CO的物质的量减小，至4min时氢气物质的量减小0.2mol，CO应减小0.1mol，而4tmin时CO的物质的量为0.5mol，CO物质的量增大0.1mol，则3min时应是加入CO，设加入的CO为xmol，则：x+0.4-0.1=0.5，故x=0.2mol；
（3）①若二者恰好反应得到CH₃COONa溶液，溶液中CH₃COO^-水解呈碱性，反应后溶液pH=7，溶液就呈中性，故反应时醋酸应过量；
溶液pH=7，则c（H⁺）=c（OH^-），再结合电荷守恒c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-）判断；
②根据电荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），物料守恒：c（Na⁺）=2[c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH）]，联立计算；
（4）某温度条件下，若将CO₂（g）和H₂（g）以体积比1：4混合，在适当压强和催化剂作用下可制得甲烷，己知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol
根据盖斯定律，②×4-①可得CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）．

解答 解：（1）①容积为1L的恒温恒容密闭容器，20s内生成1molC气体，根据A（g）+B（g）?C（g），可知BA、B气体均减少1mol，浓度变化减少均为0.5mol/L，则v（B）=$\frac{0.5mol/L}{20s}$=0.025mol/（L•s）；
平衡时A、B浓度均为1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，C为0.5mol/L，则平衡常数K=$\frac{c（C）}{c（A）×c（B）}$=$\frac{0.5}{0.5×0.5}$=2，
故答案为：0.025mol/（L•s）；2；
②恒温恒容下，开始加入1molA气体和1molB气体与开始加入1molC气体是完全等效平衡，平衡时相同组分的物质的量相同，设加入1molA气体和1molB气体达到平衡时，放出的热量为Q₃，则Q+Q₃=a；
保持容器温度和容积不变，加入2molA气体和2molB气体与加入1molA气体和1molB气体相比，相当于增大一倍的压强，增大压强平衡正向移动，所以放出的热量Q₁＞2Q₃，联立可得：Q₁+2Q₂＞2a，
故选：（C）；
（2）①tmin时刻瞬间各组分的物质的量未变，而后反应速率加快，可能是反应受热或使用了催化剂，
故答案为：反应受热或使用了催化剂；
②3tmin时改变条件后，甲醇的物质的量增大、氢气物质的量减小，改变条件平衡向正反应移动，CO的物质的量减小，至4min时氢气物质的量减小0.2mol，CO应减小0.1mol，而4tmin时CO的物质的量为0.5mol，CO物质的量增大0.1mol，则3min时应是加入CO，设加入的CO为xmol，则：x+0.4-0.1=0.5，故x=0.2mol，故CO的变化曲线为：
故答案为：；
（3）①若二者恰好反应得到CH₃COONa溶液，溶液中CH₃COO^-水解呈碱性，反应后溶液pH=7，溶液就呈中性，故反应时醋酸应过量，则VmL×0.1000mol•L^-1＜20.00mL×0.1000mol•L^-1，故V＜20；
溶液pH=7，则c（H⁺）=c（OH^-），由电荷守恒c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），水的电离是微弱的，所以c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-），
故答案为：＜；c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）；
②根据电荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），物料守恒：c（Na⁺）=2[c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH）]，则c（OH^-）-c（H⁺）-c（CH₃COOH）=c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH），反应后溶液的体积变为60mL，则c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH）═$\frac{0.1mol/L×0.02mL}{0.06mL}$=0.033mol/L，
故答案为：0.033；
（4）某温度条件下，若将CO₂（g）和H₂（g）以体积比1：4混合，在适当压强和催化剂作用下可制得甲烷，己知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol
根据盖斯定律，②×4-①可得：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、离子浓度比较、热化学方程式书写等，（1）注意构建等效平衡建立途径判断反应热，（2）中作图为易错点，学生容易考查CO变化趋势，而忽略定量问题，难度中等．