Question

7．化学原理是中学化学学习的重要内容．请回答下列问题：

（1）有人设想以N₂和H₂为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图1所示，电池正极的电极反应式是N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，A是氯化铵．
（2）甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上可用合成气制备甲醇，反应为
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），某温度下在容积为2L的密闭容器中进行该反应，其相关数据图2：
①从反应开始至平衡时，用CO表示化学反应速率为0.03mol/（L．min）；，该温度下的平衡常数为9.375；
②5min至10min时速率变化的原因可能是使用了催化剂或增大压强；（写一种即可）
③已知一定条件下，该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$的变化曲线如图3：则 a、b、c按从大到小的顺序排序为a＞b＞c．
④某温度下，将1.0mol CO（g）和2.0mol H₂（g）充入容积为2L的密闭容器中，反应到达平衡时，改变压强和温度，平衡体系中CH₃OH（g）的物质的量分数变化情况如图4所示，则温度T₁、T₂、T₃、T₄由高到低的顺序是T₁＞T₂＞T₃＞T₄；压强P₁、P₂、P₃、P₄由大到小的顺序是P₁＞P₂＞P₃＞P₄，其判断理由是在其他条件不变情况下，该反应正反应是个气体系数减小的反应，压强越大，平衡正移，甲醇的物质的量分数越大，故P₁＞P₂＞P₃＞P₄；
⑤在恒容密闭容器里按体积比为1：2充入一氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态．当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是B D：
A．正反应速率先增大后减小     B．逆反应速率先增大后减小
C．化学平衡常数K值增大       D．反应物的体积百分含量增大
E．混合气体的密度减小         F．氢气的转化率减小
（3）①常温下，将V mL、0.1000mol/L氢氧化钠溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol/L醋酸溶液中，充分反应（忽略溶液体积的变化）；如果溶液pH=7，此时V的取值＜20.00（填“＞”、“=”或“＜”）
②常温下，将a mol/L的醋酸与b mol/L的氢氧化钠溶液等体积混合，反应后，溶液呈中性，则醋酸的电离常数为$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$（用含有a、b字母的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）电池中氢气失电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵；
（2）①10min时反应到达平衡，平衡时CO为0.4mol、甲醇为0.6mol、氢气为0.8mol，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO），根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算平衡常数；
②5min时刻瞬间各组分的物质的量未变，而后反应速率加快，可能是使用了催化剂或增大压强；
③增大H₂的浓度，平衡右移，CO的转化率增大；
④根据图2温度升高CO的转化率降低分析判断；
⑤A．增大反应物浓度，平衡正向移动，正反应速率先增大后减小；
B．逆反应速率先增大后减小，说明平衡逆向移动；
C．化学平衡常数K值增大，说明平衡正向移动；
D．反应物的体积百分含量增大，可以增大反应物浓度市平衡正向移动；
E．移走生成物的量，平衡正向移动，混合气体总质量减小，容器容积不变，混合气体密度减小；
F．增大氢气的物质的量，平衡正向移动，但氢气转化率减小；
（3）①溶液的酸碱性是根据溶液中H⁺浓度与OH^-浓度的相对大小判断的，只要溶液中c（H⁺）=c（OH^-），溶液就呈中性，CH₃COOH是弱电解质，电离程度不大，NaOH是强电解质，完全电离，反应生成的乙酸钠是强碱弱酸盐水解呈碱性，需溶液呈中性，需少加碱；
②呈中性则c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）=0.5bmol/L，由物料守恒可知c（CH₃COOH）=0.5（a-b）mol/L，再根据电离常数K_a=$\frac{c（{H}^{+}）×c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$计算；

解答 解：（1）该电池的本质反应是合成氨反应，电池中氢气失电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵溶液，
故答案为：N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；氯化铵；
（2）①10min时反应到达平衡，平衡时CO为0.4mol、甲醇为0.6mol、氢气为0.8mol，
则v（CO）=$\frac{\frac{1mol-0.4mol}{2L}}{10min}$=0.03mol/（L．min），平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{0.8}{2}）^{2}}$=9.375，
故答案为：0.03mol/（L．min）；9.375；
②5min时刻瞬间各组分的物质的量未变，而后反应速率加快，可能是使用了催化剂或增大压强，
故答案为：使用了催化剂或增大压强；
③增大H₂的浓度，平衡右移，CO的转化率增大，故有a＞b＞c，故答案为：a＞b＞c；
④通过图2可知，温度升高CO的转化率降低，说明升温平衡逆向移动，故正反应方向为放热反应，则温度越高二甲醚的质量分数越小，故温度：T₁＞T₂＞T₃＞T₄；
正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，二甲醚的质量分数增大，故压强P₁＞P₂＞P₃＞P₄，
故答案为：T₁＞T₂＞T₃＞T₄；P₁＞P₂＞P₃＞P₄；在其他条件不变情况下，该反应正反应是个气体系数减小的反应，压强越大，平衡正移，甲醇的物质的量分数越大，故P₁＞P₂＞P₃＞P₄；
⑤A．增大反应物浓度，平衡正向移动，正反应速率先增大后减小，不一定逆向移动，故A错误；
B．逆反应速率先增大后减小，说明平衡逆向移动，故B正确；
C．化学平衡常数K值增大，说明平衡正向移动，故C错误；
D．反应物的体积百分含量增大，可以减小压强平衡逆向移动，故D正确；
E．移走生成物的量，平衡正向移动，混合气体总质量减小，容器容积不变，混合气体密度减小，故E错误；
F．增大氢气的物质的量，平衡正向移动，但氢气转化率减小，故F错误，
故选：BD；
（3）①CH₃COOH是弱电解质，电离程度不大，NaOH是强电解质，完全电离，反应生成的乙酸钠是强碱弱酸盐，水解呈碱性，需溶液呈中性pH=7，需少加碱，所以常温下，将V mL、0.1000mol•L^-1氢氧化钠溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol•L^-1醋酸溶液中，充分反应，V＜20.00mL溶液呈中性pH=7，c（H⁺）=c（OH^-）；故答案为：＜；
②呈中性则c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）=0.5bmol/L，由物料守恒可知c（CH₃COOH）=0.5（a-b）mol/L，则CH₃COOH的电离常数K_a=$\frac{c（{H}^{+}）×c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{1{0}^{-7}×0.5b}{0.5（a-b）}$=$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$，
故答案为：$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$．

点评 本题考查化学平衡图象、平衡状态建立、平衡移动等，对学生综合能力考查，难度中等．