Question

I．工业上可用CO生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)

（1）“图1”表示反应中能量的变化，曲线   （填“a或b”）表示使用了催化剂；该反应的热化学方程式为              。
（2）若容器容积不变，下列措施可增大CO平衡转化率的是_____。

A．升高温度

B．将CH3OH(g)从体系中分离

C．充入He，使体系总压强增大

D．再充入1 mol CO和2 mol H2

（3）其他条件不变，请在“图2”中画出温度为T₂（且T₂<T₁）时，CO的平衡转化率与H₂和CO的起始组成比[n(H₂)/n(CO)]的关系曲线。

II．向BaSO₄沉淀中加入饱和碳酸钠溶液，充分搅拌，弃去上层清液，如此处理多次，可使BaSO₄全部转化为BaCO₃，发生的反应可表示为：BaSO₄(s)+CO₃^2－(aq)BaCO₃(s)+SO₄^2－(aq)。
（4）现有0.20 mol BaSO₄，加入1.0L 2.0mol/L的饱和Na₂CO₃溶液处理，假设起始的c(SO₄^2－)≈0，平衡时，K=4.0×10^－2，求达到平衡时发生转化的BaSO₄的物质的量。（写出计算过程，计算结果保留2位有效数字）

Answer 1

（16分）
（1）b（1分）   
CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H=－91kJ/mol (3分，方程式含状态符号正确给1分；反应热2分，其中单位写错扣1分，但结果或符号写错不给分，可逆符号也可以写成等号)
（2）BD（4分，答对1个给2分，但错选不给分）
（3）如图（2分，作图1分，标注1分）

（4）解：设发生转化的BaSO₄的物质的量为x mol ，则平衡时c(SO₄^2－)为x mol/L
BaSO₄ + CO₃^2－  BaCO₃ + SO₄^2－
起始浓度/mol?L^－1         2.0                 0
变化浓度/mol?L^－1          x                x
平衡浓度/mol?L^－1       2.0－x                x
K== = 4.0×10^－2（2分，单位无写不扣分）
解得：x = 7.7×10^－2 （或0.077） 即发生转化的BaSO₄的物质的量为7.7×10^－2 mol。（2分，单位及有效数字错误各扣1分）

解析试题分析：（1）读图，反应物能量高于生成物能量，该反应的焓变为－91kJ/mol，曲线b有2个峰，a只有1个峰，且前者的2个峰均低于后者的1个峰，说明b使用了催化剂，将1个化学反应变为2个先后或连续发生的化学反应，且降低了反应的活化能，但是对总反应的焓变无影响，所以该反应的热化学方程式为CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H=－91kJ/mol；（2）由于正反应是放热反应，其它条件相同时，升高温度平衡向逆反应方向移动，则CO平衡转化率减小，故A错误；甲醇是生成物，从平衡体系移走生成物，减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动，反应物平衡转化率增大，故B正确；由于容器容积不变，虽然充入氦气增大压强，但是平衡体系各组分的物质的量、物质的量浓度均不变，所以平衡不能移动，反应物平衡转化率保持不变，故C错误；再充入1molCO和2molH₂，就是增大压强，由于正反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，反应物的平衡转化率增大，故D正确；（3）读图，横坐标表示氢气和一氧化碳的起始组成比，纵坐标表示CO的平衡转化率；当氢气和一氧化碳的起始组成比为0时，CO的平衡转化率为0；当氢气和一氧化碳的起始组成比相同且不为零时，由于正反应是放热反应，降低温度平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率增大；当氢气和一氧化碳的起始组成比增大时，增大氢气的浓度，平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率增大；根据上述要点作图，可以画出温度为T₂时，CO的平衡转化率随氢气和一氧化碳的起始组成比变化的示意图；（4）设硫酸钡溶解的物质的量为xmol，由于BaSO₄ + CO₃^2－  BaCO₃ + SO₄^2－中各物质的系数之比等于物质的量之比，则碳酸根离子、硫酸根离子的变化物质的量均为xmol，由于饱和碳酸钠溶液的体积为1L，由于c=n/V，则碳酸根离子、硫酸根离子的变化物质的量浓度均为xmol/L，由此推断该可逆反应中有关组分的（起始、变化、平衡）浓度，则：
BaSO₄ + CO₃^2－  BaCO₃ + SO₄^2－
起始浓度/mol?L^－1         2.0                 0
变化浓度/mol?L^－1          x                x
平衡浓度/mol?L^－1       2.0－x                x
K== = 4.0×10^－2
解得：x = 7.7×10^－2 （或0.077）
即发生转化的BaSO₄的物质的量为7.7×10^－2 mol。
考点：考查化学反应原理，涉及催化剂对反应体系能量的影响、根据图像书写热化学方程式、外界条件对平衡移动的影响、画出CO平衡转化率随温度、反应物起始配比变化的示意图、沉淀转化中的有关平衡常数和沉淀转化量的计算等。