Question

【题目】通过实验探究发现化学反应中的某种规律，再寻求理论上的科学合理解释，是化学工作者的重要研究方法。

I.在体积可变的密闭容器中投入1 mol CO和2molH2，不同条件下发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。实验测得平衡时CH3OH的物质的量随温度、压强的变化如图所示。

(1)M点H2的转化率为___________；反应速率N点v正(CO)___________M点ν逆(CO)(填“>”“＜”或“=”)

(2)若M点对应混合气体的体积为1L，则506K时，该反应平衡常数K=___________(保留三位小数)。图表示平衡常数的对数(lgK)与温度的关系，B、C点中能正确表示该反应的lgK与T的关系的点为___________。

(3)在2L恒容密闭容器中充入 a mol H2、2 mol CO和7.4 mol CH3OH(g)，在506K下进行上述反应。为了使该反应逆向进行，a的取值范围为___________。

Ⅱ.砷及其化合物有着广泛的用途。砷有两种常见的弱酸，砷酸(H3AsO4)和亚砷酸(H3AsO3)。已知H3AsO4的pKa1、pKa2、pKa3依次为2.25、6.77、11.40(已知：pKa=－lgKa)。

回答下列问题：

(4)NaH2AsO4溶液呈___________(填酸性”、“中性”或“碱性”)，试通过计算说明___________。

(5)某小组同学欲探究可逆反应AsO33－+I2+2OH－AsO43－+2I－+H2O，设计如图所示装置。加入试剂并连接裝置，电流由C2流入C1。当电流变为零时，向装置左边烧杯中逐滴加入一定量2 mol/L HCl，发现又产生电流，实验中电流与时间的关系如图所示。

写出图4中c点对应的正极反应式___________，能判断该反应达到平衡状态的是___________。

a.2v(I－)正=v(AsO33－)逆 b.溶液pH不再变化

c.电流表示数变为零 d.右边烧杯中c(K+)不变

Answer 1

【答案】25% < 0.148 B a<10 酸性 Kh3===10－11.75<10－6.77即Ka2>Kh3，溶液呈酸 AsO43－+2e－+2H+=AsO32－+H2O bc

【解析】

（1）根据图像可知，M点时，生成的甲醇为0.25mol，则反应的H2为0.5mol，H2的转化率=0.5mol/2mol×100%=25%；其他条件相同时，压强越大，反应速率越快，反应速率：N点v正(CO)<M点ν逆(CO)。

（2）平衡时消耗氢气是0.5mol，剩余CO和氢气分别是0.75mol、1.5mol，溶剂为1L，所以506K时该反应的平衡常数K=0.25/(0.75×1.52)=0.148；正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向进行，平衡常数减小，lgK减小，所以能正确表示该反应的lgK与温度（T）的关系点为B。

（3）起始浓度c(CO)=1mol/L，c(H2)=0.5amol/L，c(CH3OH)=3.7mol/L，浓度熵Qc=，为了是该反应逆向进行，要求Qc>K，即，a的范围为a<10。

（4）NaH2AsO4溶液呈酸性，Kh3===10－11.75<10－6.77即Ka2>Kh3，溶液呈酸性。

（5）图4中c点酸性条件下对应图3装置的正极AsO43-得电子产生AsO33-，电极反应式为AsO43-+2e-+2H+=AsO32-+H2O。a.根据速率关系，v(I-)正=2v(AsO33-)逆，则等式始终成立，反应不一定处于平衡状态；b.溶液的pH不再变化，则氢氧根离子浓度也保持不变，反应处于平衡状态；c.电流表示数变为零则氧化还原反应中电子转移不再增减，反应物的浓度保持不变，反应处于平衡状态；d.右边烧中K+没有参与反应，则c(K+)始终不变，反应不一定处于平衡状态，答案选bc。

（1）根据图像可知，M点时，生成的甲醇为0.25mol，则反应的H2为0.5mol，H2的转化率=0.5mol/2mol×100%=25%；其他条件相同时，压强越大，反应速率越快，反应速率：N点v正(CO)<M点ν逆(CO)。本小题答案为：25% ；< 。

（2）平衡时消耗氢气是0.5mol，剩余CO和氢气分别是0.75mol、1.5mol，溶剂为1L，所以506K时该反应的平衡常数K=0.25/(0.75×1.52)=0.148；正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向进行，平衡常数减小，lgK减小，所以能正确表示该反应的lgK与温度（T）的关系点为B。本小题答案为：0.148；B。

（3）起始浓度c(CO)=1mol/L，c(H2)=0.5amol/L，c(CH3OH)=3.7mol/L，浓度熵Qc=，为了是该反应逆向进行，要求Qc>K，即，a的范围为a<10。本小题答案为：a<10。

（4）NaH2AsO4溶液呈酸性，Kh3===10－11.75<10－6.77即Ka2>Kh3，溶液呈酸性。本小题答案为：酸性；Kh3===10－11.75<10－6.77即Ka2>Kh3，溶液呈酸性。

（5）图4中c点酸性条件下对应图3装置的正极AsO43-得电子产生AsO33-，电极反应式为AsO43-+2e-+2H+=AsO32-+H2O。a.根据速率关系，v(I-)正=2v(AsO33-)逆，则等式始终成立，反应不一定处于平衡状态；b.溶液的pH不再变化，则氢氧根离子浓度也保持不变，反应处于平衡状态；c.电流表示数变为零则氧化还原反应中电子转移不再增减，反应物的浓度保持不变，反应处于平衡状态；d.右边烧中K+没有参与反应，则c(K+)始终不变，反应不一定处于平衡状态，答案选bc。本小题答案为：AsO43-+2e-+2H+=AsO32-+H2O；bc。