Question

14．高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为CO、CO₂、N₂等，其中CO含量约占25%左右．
（1）研究表明，由CO可以直接合成多种化工产品，如生产甲醇．
已知：2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1kJ•mol^-1．则CO（g）燃烧热为283 kJ•mol^-1．
（2）人体中肌红蛋白（Mb）与血红蛋白（Hb）的主要功能为运输氧气与二氧化碳．肌红蛋白（Mb）可以与小分子X（如氧气或一氧化碳）结合，反应方程式为：Mb（aq）+X（g）?MbX（aq）
①通常用p 表示分子X 的压力，p₀ 表示标准状态大气压，若X 分子的平衡浓度为$\frac{p}{{p}_{0}}$，写出上述反应的平衡常数表达式：K=$\frac{c（MbX）{P}_{0}}{c（Mb）P}$．请用$\frac{p}{{p}_{0}}$及K 表示吸附小分子的肌红蛋白（MbX）占总肌红蛋白的比例．
②在常温下，肌红蛋白与CO 结合反应的平衡常数K（CO）远大于与O₂结合的平衡常数K（O₂），如图能代表结合率（f）与此两种气体压力（p）的关系的是C

③人体中的血红蛋白（Hb）同样能吸附O₂、CO₂和H⁺，相关反应方程式及其化学平衡常数分别是：
Ⅰ．Hb（aq）+H+（aq）?HbH+（aq）；K₁
Ⅱ．HbH+（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H+；K₂
Ⅲ．Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）K₃
Ⅳ．HbO₂（aq）+H+（aq）+CO₂（g）?Hb（H+）CO₂（aq）+O₂（g）；△H₄
则K₃=K₁•K₂（用K₁、K₂表示），若低温下反应Ⅳ能自发进行，则该反应△H＜0，△S＜  0（填“＞”“＜”或“=”）
（3）CO₂的处理 方法有多种，将少量CO₂气体通入石灰乳中充分反应，达到平衡后，测得溶液中c（OH^-）=cmol/L，则c（CO₃^2-）=$\frac{a{c}^{2}}{b}$mol/L（用含a、b、c的代数式表示）．（已知K_ap（CaCO₃）=a，K_ap[Ca（OH）₂]=b）

Answer 1

分析 （1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1kJ•mol^-1．
盖斯定律③-②+①×$\frac{1}{2}$计算CO（g）燃烧热；
（2）①化学平衡常数是指一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度系数之幂的积与反应物浓度系数之幂的积比值，吸附小分子的肌红蛋白（MbX）的个数等于生成MbX的个数，由k=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{{P}_{0}}}$可得c（Mb）=$\frac{c（MbX）}{K\frac{P}{{P}_{0}}}$，吸附小分子的肌红蛋白（MbX）占总肌红蛋白的比例等于$\frac{c（MbX）}{c（Mb）+c（MbX）}$=$\frac{c（MbX）}{\frac{c（MbX）}{K}\frac{P}{{P}_{0}}+c（MbX）}$=$\frac{K\frac{P}{{P}_{0}}}{K\frac{P}{{P}_{0}}+1}$；
②增大压强，平衡正向移动，因此无论是CO还是O₂，随着压强的增大，结合率（f）都是逐渐增大．在常温下，肌红蛋白与CO结合反应的平衡常数K_（CO）远大于与O₂结合的平衡常数K（O₂），说明肌红蛋白与CO的结合能力比其与O₂的结合能力强，所以相同压强条件下，肌红蛋白与CO的结合率（f）更大；
③已知：①Hb（aq）+H⁺（aq）?HbH⁺（aq）；△H₁，K₁
②HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H⁺；△H₂，K₂
由盖斯定律可知：①+②可得Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）△H，
因此△H=△H₁+△H₂，K=K₁•K₂；
反应Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq），△S＜0，由△G=△H₃-T•△S＜0自发可知，低温下反应③能自发进行，说明△H₃＜0；
（3）将少量CO₂气体通入石灰乳中充分反应，达到平衡后发生的反应为：Ca²⁺+CO₃^2-?CaCO₃+2OH^-，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$×$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Ca（OH）_{2}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$，据此计算碳酸根离子浓度．

解答 解：（1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1kJ•mol^-1．
盖斯定律③-②+①×$\frac{1}{2}$计算CO（g）燃烧热的热化学方程式为：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1．
故答案为：283；
（2）①Mb（aq）+X（g）?MbX（aq）的化学平衡常数K=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）+c（MbX）}$=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{{P}_{0}}}$=$\frac{c（MbX）{P}_{0}}{c（Mb）P}$；
吸附小分子的肌红蛋白（MbX）的个数等于生成MbX的个数，由k=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{{P}_{0}}}$可得c（Mb）=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{{P}_{0}}}$，吸附小分子的肌红蛋白（MbX）占总肌红蛋白的比例等于$\frac{c（MbX）}{c（Mb）+c（MbX）}$=$\frac{c（MbX）}{\frac{c（MbX）}{K}\frac{P}{{P}_{0}}+c（MbX）}$=$\frac{K\frac{P}{{P}_{0}}}{K\frac{P}{{P}_{0}}+1}$=$\frac{PK}{PK+1}$；
故答案为：$\frac{c（MbX）{P}_{0}}{c（Mb）P}$；$\frac{PK}{PK+1}$；
②对于Mb（aq）+X（g）?MbX（aq），增大压强，平衡正向移动，因此无论是CO还是O₂，随着压强的增大，结合率（f）都是逐渐增大．在常温下，肌红蛋白与CO结合反应的平衡常数K_（CO）远大于与O₂结合的平衡常数K（O₂），说明肌红蛋白与CO的结合能力比其与O₂的结合能力强，所以相同压强条件下，肌红蛋白与CO的结合率（f）更大，因此C图象符合，
故选C，
故答案为：C；
③已知：①Hb（aq）+H⁺（aq）?HbH⁺（aq）；△H₁，K₁
②HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H⁺；△H₂，K₂
由盖斯定律可知：①+②可得Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）△H，
因此△H=△H₁+△H₂，K=K₁•K₂；
反应Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq），△S＜0，由△G=△H₃-T•△S＜0自发可知，低温下反应③能自发进行，说明△H₃＜0；
故答案为：K₁•K₂；＜；＜；
（3）将少量CO₂气体通入石灰乳中充分反应，达到平衡后发生的反应为：Ca²⁺+CO₃^2-?CaCO₃+2OH^-，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$×$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Ca（OH）_{2}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$，达到平衡后，测得溶液c（OH^-）=c mol•L^-1，则c（CO₃^2-）=$\frac{a{c}^{2}}{b}$mol/L，
故答案为：$\frac{a{c}^{2}}{b}$．

点评 本题考查了化学平衡常数的计算、化学平衡的移动、反应热的计算、化学反应进行的方向等问题，综合性很强，题目难度中等，题干素材涉及生物知识，很好的考查了学生化学反应原理的掌握水平．