Question

6．随着国际油价不断攀升，合成CH₃OH替代汽油的研究成为热点．工业上常用天然气制备合成CH₃OH的原料气．
已知：CH₄（g）+O₂（g）?CO（g）+H₂（g）+H₂O（g）△H=-321.5kJ•mol^-1
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+250.3kJ•mol^-1
C0（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1
（1）CH₄（g）与O₂（g）反应生成CH₃OH（g）的热化学方程式为：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=-251.2KJ/mol．
（2）向V L恒容密闭容器中充入a mol CO与2a mol H₂．发生如下反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
CO在不同压强下的平衡转化率与温度的关系如图所示．
①压强p₁＜（填“＜”“=”或“＞”）p₂．
②在100℃、p₁压强时，反应的平衡常数为$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$（用含a、V的代数式表示）．上述条件下达平衡后，再向容器中充入a mol CO和2a mol H₂，重新达平衡后，CO的体积分数减小（填“增大”“减小”或“不变”，下同），平衡常数不变．
（3）工业上常用甲醇来制备甲酸（一元酸）．已知25℃时，0.1mol/L甲酸（HCOOH）溶液和0.1mol/L乙酸溶液的pH分别为2.3和2.9．现有相同物质的量浓度的下列三种溶液：①HCOONa溶液  ②CH₃COONa  ③NaCl溶液，其pH由大到小的顺序是②＞①＞③（填溶液序号）．向0.1mol/L HCOOH溶液中加水或加入少量HCOONa晶体时，都会引起的变化是a（填字母）．
a．溶液的pH增大        b．HCOOH的电离程度增大
c．溶液的导电能力减弱   d．溶液中c（OH^-）减小．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律书写目标热化学方程式；
（2）①反应是气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强平衡正向进行，CO的转化率增大；
②100°C时一氧化碳的转化率为50%，结合平衡三段式计算平衡浓度，代入平衡常数平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算；上述条件下达平衡后，再向容器中充入a mol CO和2a mol H₂，相当于加压，平衡向气体体积缩小的方向移动；平衡常数只受温度影响；
（3）盐对应的酸越弱，对应盐水解程度越大，碱性越强，pH值越大；向0.1mol/L的HCOOH溶液中加水，越稀越电离，平衡正向移动，加入少量HCOONa晶体时，HCOO^-离子浓度变大，电离解平衡逆向移动．

解答 解：（1）①CH₄（g）+O₂（g）?CO（g）+H₂（g）+H₂O（g）△H=-321.5kJ/mol
②CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+250.3kJ/mol
③CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90kJ/mol
依据盖斯定律，①+②-2×③得到：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=-251.2KJ/mol，
故答案为：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=-251.2KJ/mol；
（2）①由图象可知，相同温度下P₂压强下一氧化碳转化率大于P₁压强下一氧化碳转化率，反应是气体体积减小的反应，压强增大平衡正向进行，所以P₁＜P₂；
故答案为：＜；
②向VL恒容密闭容器中充入a mol CO与2a mol H₂，100°C时一氧化碳的转化率为50%，故CO浓度变化量为
$\frac{0.5amol}{VL}$=$\frac{a}{2V}$mol/L，则：
                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）：$\frac{a}{V}$      $\frac{2a}{V}$         0 
变化量（mol/L）：$\frac{a}{2V}$      $\frac{a}{V}$         $\frac{a}{2V}$        
平衡量（mol/L）：$\frac{a}{2V}$      $\frac{a}{V}$         $\frac{a}{2V}$
平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{a}{2V}}{\frac{a}{2V}×（\frac{a}{V}）^{2}}$=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$，
上述条件下达平衡后，再向容器中充入a mol CO和2a mol H₂，相当于加压，平衡向气体体积缩小的方向移动，即正向移动，CO的体积分数会减小；平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，
故答案为：$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$；减小；不变；
（3）盐对应的酸越弱，对应盐水解程度越大，碱性越强，pH值越大，已知25℃时0.1mol/L的HCOOH溶液和0.1mol/L的CH₃COOH溶液的pH分别为2.3和2.9，所以HCOOH的酸性强于CH₃COOH，所以pH由大到小为：②＞①＞③；向0.1mol/L HCOOH溶液中加水或加入少量HCOONa晶体时，都会引起的变化是：
a．加水稀释后，平衡正向移动，氢离子物质的量增大，但外界条件是主要的，稀释后氢离子浓度是减小的，酸性减弱，PH增大；加入少量HCOONa晶体时，HCOO^-离子浓度变大，电离平衡逆向移动，氢离子浓度减小，酸性减弱，PH值增大，故a正确；
b．加水，越稀越电离，平衡正向移动，电离程度增大；加入少量HCOONa晶体时，HCOO^-离子浓度变大，电离解平衡逆向移动，电离程度减小，故b错误；
c．加水后离子浓度变小，导电能力减弱；加入加入少量HCOONa晶体后，离子浓度变大，溶液的导电能力增强，故c错误；
d．加水使溶液中氢离子浓度减小，温度不变，水的离子积常数K_W不变，c（OH^-）=$\frac{{K}_{W}}{c（{H}^{+}）}$，则c（OH^-）增大；加入少量HCOONa晶体后，电离平衡逆向移动，氢离子浓度减小，溶液中c（OH^-）增大，故d错误；
故答案为：②＞①＞③；a．

点评 本题考查热化学方程式、化学平衡图象及影响因素、平衡常数有关计算等，题目难度中等，注意掌握化学平衡三段式解题法，弱电解质电离，侧重考查外界条件改变对电离平衡的影响，注意掌握基础知识的掌握，题目难度中等．