Question

请运用化学反应原理的相关知识研究元素及其化合物的性质．
（1）工业上一般以CO和H₂为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116KJ?mol^-1
又知：CO（g）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283KJ?mol^-1
      H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）△H₃=-242KJ?mol^-1
      H₂（g）+ O₂（g）═H₂O（g）△H₄=-286KJ?mol^-1
则甲醇的燃烧热为______．
（2）T℃时，向2L密闭容器中充入4mol CO和6mol H₂，5min后达平衡时CH₃OH物质的量为2mol．该反应的速率v（H₂）为______；下列措施中有利于增大该反应的反应速率且提高转化率的是______．
a．随时将CH₃OH与反应混合物分离
b．降低反应温度
c．使用高效催化剂
d．增大体系压强
（3）在密闭容器中充有10mol CO与20mol H₂，在催化剂作用下反应生成甲醇，CO的转化率（a）与温度（T）、压强（P）的关系如图所示．
①A、C两点都表示达到的平衡状态，则自反应开始到达平衡状态所需的时间，t_A______t_c（填“大于”、“小于’’或“等于“）．
②若A点时容器的体积为10L，该温度下B点的平衡常数K=______．
（4）Na₂SO₃的水溶液呈______（填“酸”、“中”、‘‘碱”）性，原因是（用离子方程式表示）：______；把CaCO₃浊液滴入l.0mol/L的Na₂SO₃溶液中，能否产生CaSO₃沉淀？若不能，说明原因；若可行，请简述判断依据及转化过程______
（已知：Ksp（CaSO₃）=1.4×10^-7，Ksp（CaCO_3）=2.8×10^-9）．

Answer 1

【答案】分析：（1）燃烧热是指可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量，水为液态水，根据已知反应和目标反应，利用盖斯定律来计算反应热；
（2）根据速率公式计算出v（CH₃OH），然后根据反应速率之比等于化学计量数之比计算氢气的反应速率；
根据外界条件（压强、温度、浓度以及使用催化剂）对化学反应速率的影响解答；
提高反应物的转化率，应使平衡向正反应方向移动，结合方程式的特点和影响化学平衡的条件（压强、温度、浓度）来解答；
（3）①根据温度对反应的影响来判断，温度越高，反应速率越大；
②根据图象判断出平衡时的各种物质的浓度，用平衡常数的表达式进行计算；
（4）Na₂SO₃为强碱弱酸盐，亚硫酸根离子水解使溶液显碱性；根据Ksp（CaSO₃）/Ksp（CaCO₃）=50可知，当CaSO₃与CaCO₃的混合液中c（SO₃^2-）＞50c（CO₃^2-）时，溶液中的c（Ca²⁺）与c（SO₃^2-）之积大于Ksp（CaSO₃），生成CaSO₃沉淀，导致溶液中c（Ca²⁺）减小，使CaCO₃的沉淀溶解平衡CaCO₃?Ca²⁺+CO₃^2-，向着溶解的方向移动，导致CaCO₃溶解，即发生由CaCO₃向CaSO₃的转变．
解答：解：（1）由①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1
           ②CO（g）+O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1
           ③H₂（g）+O₂（g）=H₂O （l）△H₃=-286kJ?mol^-1
根据盖斯定律可知，②+③×2-①可得    CH₃OH（g）+O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O （g）△H=（-283kJ?mol^-1）+（-286kJ?mol^-1）×2-（-116kJ?mol^-1）=-739kJ?mol^-1，
故答案为：-739kJ?mol^-1；
（2）由图象可知v（CH₃OH）==0.2mol/（L?min），根据反应速率之比等于化学计量数之比可知v（H₂）=2v（CH₃OH）=2×0.25mol/（L?min）=0.4mol/（L?min），
a．随时将CH₃OH与反应混合物分离，提高了反应物的转化率，但没有增大该反应的反应速率，故a错误；
b．降低反应温度，平衡正向移动，提高了反应物的转化率，但减小了该反应的反应速率，故b错误；
c．使用高效催化剂，平衡不移动，反应物的转化率不变，但提高该反应的反应速率，故c错误；
d．增大体系压强，平衡正向移动，提高了反应物的转化率，同时提高了该反应的反应速率，故d正确；
故答案为：0.4 mol（L?min）^-1；d；
（3）①升高温度，反应速率增大，反应开始到达平衡状态所需的时间要少，所以反应开始到达平衡状态所需的时间t_A 大于t_C，故答案为：大于；
②根据图象可以看出，A点时CO的转化率为50%，则平衡时各物质的量浓度为：c（CO）=0.5mol/L；c（H₂）=1mol/L；c（CH₃OH）=0.5mol/L，所以平衡常数为K===1；故答案为：1；
（4）Na₂SO₃为强碱弱酸盐，亚硫酸根离子水解使溶液显碱性，水解离子反应为：SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，可行，判断依据是：由Ksp（CaSO₃）/Ksp（CaCO₃）=50知，当CaSO₃与CaCO₃的混合液中c（SO₃^2-）＞50c（CO₃^2-）时，即发生由CaCO₃向CaSO₃的转变；转化过程为：把CaCO₃浊液滴入0.1mol/L的Na₂SO₃溶液中时，溶液中的c（Ca²⁺）与c（SO₃^2-）之积大于Ksp（CaSO₃），生成CaSO₃沉淀，导致溶液中c（Ca²⁺）减小，使CaCO₃的沉淀溶解平衡CaCO₃?Ca²⁺+CO₃^2-，向着溶解的方向移动，导致CaCO₃溶解．
故答案为：碱；SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-；可行，判断依据是：由Ksp（CaSO₃）/Ksp（CaCO₃）=50知，当CaSO₃与CaCO₃的混合液中c（SO₃^2-）＞50c（CO₃^2-）时，即发生由CaCO₃向CaSO₃的转变；转化过程为：把CaCO₃浊液滴入0.1mol/L的Na₂SO₃溶液中时，溶液中的c（Ca²⁺）与c（SO₃^2-）之积大于Ksp（CaSO₃），生成CaSO₃沉淀，导致溶液中c（Ca²⁺）减小，使CaCO₃的沉淀溶解平衡CaCO₃?Ca²⁺+CO₃^2-，向着溶解的方向移动，导致CaCO₃溶解．
点评：本题考查化学平衡的有关知识、盖斯定律以及盐类的水解，本题难度不大，做题时注意外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响．