Question

甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料．工业上可利用CO或CO₂来生产燃料甲醇．已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如表所示：

化学反应	平衡常数	温度℃
		500	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②H2（g）+CO2（g）?H2O （g）+CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O （g）	K3

（1）反应②是

 

（填“吸热”或“放热”）反应．
（2）某温度下反应①中H2的平衡转化率（a）与体系总压强（P）的关系如图甲所示．则平衡状态由A变到B时，平衡常数K（A）

 

 K（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系，则K₃=

 

（用K₁、K₂表示）．500℃时测得反应③在某时刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O （g）的浓度（mol/L）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时 V正

 

 V逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（4）在3L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c（CO）-反应时间t变化曲线Ⅰ如图乙所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ．
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是

 

．
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是

 

．
（5）25℃时，已知Ksp[Cu（OH）₂]=2×10^-20，向40mL0.01mol/LCuCl₂溶液中加入20mL0.01mol/LNaOH溶液，充分反应沉淀后，则此时溶液中c（OH^- ）=

 

．（体积变化忽略不计）

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,转化率随温度、压强的变化曲线,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：化学平衡专题

分析：（1）分析图表数据，反应②平衡常数随温度升高增大，平衡正向进行，正反应是吸热反应；
（2）依据平衡常数随温度变化，不随压强变化分析；
（3）反应③是气体体积减小的反应△S＜0，分析反应特征可知平衡常数K₃=K₁×K₂，计算不同温度下反应③的平衡常数，结合温度变化分析判断反应焓变△H＜0，依据反应①+②得到反应③，所以平衡常数K₃=K₁×K₂；依据某时刻浓度商计算和平衡常数比较判断反应进行的方向；
（4）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变；
（5）向40mL0.01mol/LCuCl₂溶液中加入20mL0.01mol/LNaOH溶液，充分反应沉淀后，则此时溶液中c（OH^- ）根据Ksp[Cu（OH）₂]=2×10^-20计算．

解答： 解：（1）分析图表数据，反应②平衡常数随温度升高增大，平衡正向进行，正反应是吸热反应，故答案为：吸热；
（2）依据平衡常数随温度变化，不随压强变化分析，图象中平衡状态由A变到B时，压强改变，温度不变，所以平衡常数不变，故答案为：=；
（3）反应③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是气体体积减小的反应△S＜0，依据反应①+②得到反应③，所以平衡常数K₃=K₁×K₂；计算不同温度下反应③的平衡常数，500°C时，K₃=K₁×K₂=2.5×1.0=2.5，800°C时，K₃=K₁×K₂=2.5×0.15=0.375，结合温度变化分析，随温度升高，平衡常数减小，平衡逆向进行，所以判断反应是放热反应，焓变△H＜0，在500℃、2L的密闭容器中，进行反应③，测得反应③在某时刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O （g）的浓度（mol/L）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，Q=

0.15×0.3

0.83×0.1

=0.87＜K=2.5，反应正向进行，V正＞V逆，
故答案为：K₁?K₂；＞；
（4）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变，曲线Ⅰ，体积为3L，一氧化碳浓度为3mol/L，改变条件不好为曲线Ⅱ，一氧化碳浓度为4.5mol/L，则体积压缩体积为：3：V=4.5：3，V=2L，所以将容器的体积快速压缩至2L符合；
故答案为：加入催化剂；将容器的体积快速压缩至2L；
（5）由于铜离子过量，剩余的铜离子物质的量为0.040L×0.01mol/L-0.020L×0.01mol/L=0.0002mol，则c（Cu²⁺）=

0.0002mol

0.060L

，根据Ksp[Cu（OH）₂]=c（Cu²⁺）×c（OH^-）²=2×10^-20，解得c（OH^- ）=1×10^-9mol/L，故答案为：1×10^-9mol/L．

点评：本题考查了化学平衡影响因素分析判断，平衡常数计算和影响条件的应用，难溶电解质溶液中溶度积的计算，题目综合性较大．