Question

10．新华社2009年10月15日报道：全国农村应当在“绿色生态-美丽多彩-低碳节能-循环发展”的理念引导下，更好更快地发展“中国绿色村庄”，参与“亚太国际低碳农庄”建设．可见“低碳循环”已经引起了国民的重视，试回答下列问题：
（1）煤的气化和液化可以提高燃料的利用率．
已知25℃，101kPa时：C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-126.4kJ•mol-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol-1
H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ•mol-1
则在25℃、101kPa时：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+115.4 kJ•mol^-1．
（2）高炉炼铁是CO气体的重要用途之一，其基本反应为FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）△H＞0，已知在1100℃时，该反应的化学平衡常数K=0.263．
①温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，此时平衡常数K值增大（填“增大”、“减小”或“不变”）
②1100℃时测得高炉中，c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，则在这种情况下，该反应是否处于化学平衡状态？否（填“是”或“否”），其判断依据是因为Q_c=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.25＜K=0.263．
（3）目前工业上可用CO₂来生产燃料甲醇，有关反应为CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．现向体积为1L的密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，反应过程中测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间的变化如图所示．
①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）；
②下列措施能使 $\frac{c（CH3OH）}{c（CO2）}$ 增大的是BD（填符号）．
A．升高温度          B．再充入H₂         C．再充入CO₂
D．将H₂O（g）从体系中分离                 E．充入He（g），使体系压强增大
（4）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_sp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4 mo1/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为．

Answer 1

分析 （1）依据化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）①反应是吸热反应，温度升高平衡正向进行，平衡常数增大；
②依据浓度商和平衡常数比较判断平衡移动的方向；
（3）①依据图象分析，达到平衡时物质的浓度变化，结合反应速率概念计算得到；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．依据平衡移动方向分析判断$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$变化；
A．升高温度平衡逆向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$减小；
B．再充入H₂ 平衡正向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大；
C．再充入CO₂  平衡正向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$减小；
D．将H₂O（g）从体系中分离平衡正向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大；
E．充入He（g），使体系压强增大，分压不变，平衡不动，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$不变；
（4）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答 解：（1）①C（s）+1/2O₂（g）=CO（g）△H=-126.4kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
依据盖斯定律①-$\frac{②}{2}$+③得到C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+115.4 kJ•mol^-1；
则在25℃，101kPa时：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+115.4 kJ•mol^-1；
故答案为：+115.4 kJ•mol^-1；
（2）①FeO（s）+CO（g）=Fe（s）+CO₂（g）△H＞0，温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，平衡正向进行，平衡常数增大，故答案为：增大； 
②1100℃时测得高炉中，c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，则在这种情况下，Q_c=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{0.025mol/L}{0.1mol/L}$=0.25＜K=0.263；反应未达到平衡，正向进行，故答案为：否；因为Q_c=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.25＜K=0.263；
（3）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），依据图象分析达到平衡后，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（CO₂）=0.25mol/L，反应消耗的氢气浓度c（H₂）=2.25mol/L，氢气的平均反应速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol/（L•min），故答案为：0.225 mol/（L•min）；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．依据平衡移动方向分析判断$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$变化；
A．升高温度平衡逆向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$减小；
B．再充入H₂ 平衡正向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大；
C．再充入CO₂ 平衡正向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$减小；
D．将H₂O（g）从体系中分离平衡正向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大；
E．充入He（g），使体系压强增大，分压不变，平衡不动，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$不变；
故答案为：BD；
（4）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=$\frac{1}{2}$×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=$\frac{2.8×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-4}}$mol/L=2.8×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L．
故答案为：5.6×10^-5mol/L．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，平衡盘点和平衡常数的计算应用，反应速率图象分析判断，影响平衡因素的分析应用，题目难度中等．