Question

能源短缺是人类面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。因此甲醇被称为21世纪的新型燃料。
（1）已知在常温常压下：
①2CH₃OH(l)+3O₂(g)  2CO₂(g)+4H₂O(g) △H= －1275.6 kJ·mol^—1
②H₂O(l)   H₂O(g)                    △H="+" 44.0 kJ.mo^—1
写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式                              。
（2）工业上用CO生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。图1表示反应中能量的变化；图2表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH(g)的浓度随时间变化图。

①在“图1”中，曲线         （填“a”或“b”）表示使用了催化剂。
②能判断该反应在“图2”所在条件下是否已达化学平衡状态的依据是        。（双选）

A．容器中压强不变	B．体系的密度不随时间改变
C．v正(H2)=2v逆(CH3OH)	D．CO与H2的物质的量的比不随时间改变

③计算该温度下CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的化学平衡常数K=          。
④请在“图3”中画出平衡时甲醇百分含量（纵坐标）随温度（横坐标）变化的曲线，要求画压强不同的2条曲线（在曲线上标出P₁、P₂，且P₁<P₂）。
（3）CaSO₄是一种微溶物质，已知K_sp（CaSO₄）=9.10×10^－6。现将c mol·L^－1 CaCl₂溶液与2.00×10^－2 mol·L^－1 Na₂SO₄溶液等体积混合生成沉淀，则c的最小值是            （结果保留3位有效数字）。

Answer 1

（16分）
（1）CH₃OH(g)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l) △H=—725.8kJ/mol （共3分，化学方程式1分，△H 2分。如果甲醇的系数不是1扣2分，状态符号不全扣1分，△H漏单位扣1分）
（2）①b（2分）②AC（2分，全对2分，选对1
个得1分，有错得0分。）
③ 12（3分，有单位且正确也给分）    
④（3分，全对才得分，不标P₁、P₂不给分）

（3）1.82×10^－3（3分，多写单位不扣分，有效数字错扣1分）

试题分析：（1）依题意，根据盖斯定律和燃烧热的定义，由①/2—②×2可得：CH₃OH(g)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l) △H=—725.8kJ/mol；（2）①读图，曲线a、b表示活化能不同，说明b使用了催化剂，降低该反应的活化能；②正反应是气体物质的量增大的方向，未达平衡时容器中混合气体总的物质的量增大，因此压强增大，若压强不变，说明各组分物质的量不变，即达到平衡，故A正确；由于混合气体的密度等于混合气体的总质量除以密闭容器的容积，由于各组分都是气体，根据质量守恒定律推断混合气体的总质量始终不变，因此密度不变不能说明达到平衡，故B错误；用不同物质表示的正、逆反应速率之比等于化学方程式中的系数之比，说明达到平衡，故C正确；各组分的物质的量不随时间改变能说明达到平衡，但两反应物的物质的量之比不随时间改变，则不能说明达到平衡，故D错误；③由读图可推断该反应中各组分（起始、变化、平衡）浓度，则：
CO(g)  +  2H₂(g)  CH₃OH(g)
起始浓度/ mol?Lˉ¹       1.00       2.00           0
变化浓度/ mol?Lˉ¹       0.75       1.50          0.75
平衡浓度/ mol?Lˉ¹       0.25       0.50         0.75
K=c(CH₃OH)/[c(CO)?c²(H₂))]=" 0.75/[" 0.25××0.50²]=12
④正反应是气体体积减小的反应，根据化学反应自发进行的规律推断，逆反应能自发进行的原因是符合熵判据，正反应能自发的原因是符合焓判据，所以正反应是放热反应，其它条件不变时，升高温度平衡向逆反应方向移动，甲醇百分含量减小；增大压强平衡向正反应方向移动，甲醇百分含量增大；因此画图要点是：P₁、P₂时甲醇百分含量都随温度升高逐渐减小，P₂时甲醇百分含量—温度曲线高于P₁；
（3）两溶液混合导致相互稀释，根据稀释定律：c₁?V₁=c₂?V₂，则混合后氯化钙和硫酸钠溶液的浓度都要减半；因此钙离子浓度为c/2 mol·L^－1，硫酸根离子浓度为1.00×10^－2 mol·L^－1，由于K_sp(CaSO₄)=c(Ca²⁺)?c(SO₄^2－)，则c/2×1.00×10^－2=9.10×10^－6，即c=1.82×10^－3；根据溶度积规则，只有Q_c(CaSO₄)> K_sp(CaSO₄)时，才能形成硫酸钙的过饱和溶液，才有沉淀析出，则c最小值为1.82×10^－3。