题目内容

9．甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）；
（1）判断反应达到平衡状态的依据是cd（填序号）．
a． 生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等      b． 混合气体的密度不变
c． 混合气体的平均相对分子质量不变         d． CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
（2）下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）
温度250℃300℃350℃
K2.0410.2700.012
①该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）．c（CO）}$，△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②要提高CO的转化率，可以采取的措施是df（填序号）．
a．升温  b．加入催化剂  c．增加CO的浓度  d．加入H2加压  e．加入惰性气体加压  f．分离出甲醇
③300℃时，将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，在其他条件不变的情况下，对平衡体系产生的影响是CD（填字母）．
A．c（H2）减少                    B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．CH3OH 的物质的量增加           D．重新平衡时c（H2）/c（CH3OH）减小
④某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中，充分反应10min后，达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，则CO的转化率为80%，此时的温度为250℃．以CH3OH表示该过程的反应速率v（CH3OH）=0.08mol/（L•min）．
（3）如图表示在温度分别为T1、T2时，平衡体系中H2的体积分数随压强变化曲线，A、C两点的反应速率A＜C（填“＞”、“=”或“＜”，下同），A、C两点的化学平衡常数A=C，由状态B到状态A，可采用升温的方法（填“升温”或“降温”）；
（4）已知在常温常压下：
①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-a kJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-b kJ•mol-1
③H2O（g）=H2O（l）△H=-c kJ•mol-1
则CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=$\frac{b-a-4c}{2}$kJ•mol-1 ．

分析 （1）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，且反应体系中各物质的物质的量不变、物质的量浓度不变、百分含量不变以及由此引起的一系列物理量不变；
（2）①该反应平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）．c（CO）}$；升高温度平衡向吸热反应方向移动，升高温度平衡常数减小，说明平衡逆向移动；
②要提高CO转化率，应该使平衡向正反应方向移动，但不能通过增大CO浓度改变；
③在其他条件不变的情况下，300℃时，将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，相当于增大压强，正逆反应速率都增大，平衡正向移动；
④开始时，c（CO）=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，CO的转化率=$\frac{（1-0.2）mol/L}{1mol/L}×100%$；平衡时c（CH3OH）=c（CO） （反应）=（1-0.2）mol/L=0.8mol/L，c（H2）=$\frac{6mol}{2L}$-2×（1-0.2）mol/L=1.4mol/L，根据浓度商与平衡常数关系确定反应温度；先计算CO反应速率，再根据同一可逆反应中同一段时间内各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算甲醇的反应速率；
（3）相同温度下，压强越大反应速率越大；相同温度下，化学平衡常数相等；由B到A，氢气体积分数增大，则平衡逆向移动，升高温度，平衡向吸热反应方向移动；
（4）根据盖斯定律计算反应热．

解答 解：（1）a． 无论反应是否达到平衡状态都存在生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等，所以不能据此判断平衡状态，故错误；      
b． 反应前后气体质量不变、容器体积不变，所以无论反应是否达到平衡状态，混合气体的密度始终不变，所以不能据此判断平衡状态，故错误；
c．该反应是一个反应前后气体计量数之和减小的反应，反应前后气体质量不变，所以反应前后气体平均相对分子质量改变，当混合气体的平均相对分子质量不变时，该反应达到平衡状态，故正确；         
d． CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化时，正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故正确；
故选cd；
（2）①该反应平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）．c（CO）}$；升高温度平衡向吸热反应方向移动，升高温度平衡常数减小，说明平衡逆向移动，则△H＜0，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）．c（CO）}$；＜；
②a．正反应是放热反应，升温平衡逆向移动，则CO的转化率降低，故错误；
b．加入催化剂只改变反应速率不影响平衡移动，CO的转化率不变，故错误；
c．增加CO的浓度平衡正向移动，但CO的转化率降低，故错误；
d．加入H2加压平衡正向移动，CO的转化率增大，故正确；
e．加入惰性气体加压，CO、氢气和甲醇的浓度不变，平衡不移动，CO的转化率不变，故错误；
f．分离出甲醇，平衡正向移动，CO的转化率增大，故正确；
故选d f；   
③在其他条件不变的情况下，300℃时，将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，相当于增大压强，正逆反应速率都增大，平衡正向移动，
A．体积减小，平衡正向移动，但c（H2）增大量大于参加反应的增大浓度，所以平衡时氢气浓度增大，故错误；
B．增大压强，正逆反应速率都增大，故错误；
C．增大压强平衡正向移动，则CH3OH 的物质的量增加，故正确；           
D．平衡正向移动，氢气物质的量减小、甲醇物质的量增大，则重新平衡时c（H2）/c（CH3OH）减小，故正确；
故选CD；   
④开始时，c（CO）=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，CO的转化率=$\frac{（1-0.2）mol/L}{1mol/L}×100%$=80%；平衡时c（CH3OH）=c（CO） （反应）=（1-0.2）mol/L=0.8mol/L，c（H2）=$\frac{6mol}{2L}$-2×（1-0.2）mol/L=1.4mol/L，根据浓度商=$\frac{0.8}{1．{4}^{2}×0.2}$=2.041，所以该温度是250℃；
v（CO）$\frac{（1-0.2）mol/L}{10min}$=0.08mol/（L．min），再根据同一可逆反应中同一段时间内各物质的反应速率之比等于其计量数之比得甲醇的反应速率为0.08mol/（L．min），故答案为：80%；250℃；0.08；
（3）相同温度下，压强越大反应速率越大，C点压强大于A，所以反应速率A＜C；相同温度下，化学平衡常数相等，所以A、C点温度相等；由B到A，氢气体积分数增大，则平衡逆向移动，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，所以改变条件是升高温度；
故答案为：＜；=；升温；    
（4）①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-a kJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-b kJ•mol-1
③H2O（g）=H2O（l）△H=-c kJ•mol-1
则将方程式$\frac{①+4③-②}{2}$得CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），则△H=$\frac{b-a-4c}{2}$kJ/mol，
故答案为：$\frac{b-a-4c}{2}$．

点评 本题考查化学平衡有关计算、化学平衡状态判断、盖斯定律等知识点，为高频考点，注意：只有反应前后改变的物理量才能作为平衡状态的判断依据，化学平衡常数只与温度有关，与物质浓度及压强无关，为易错点．

练习册系列答案
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19．某反应中反应物与生成物有：FeCl2、FeCl3、CuCl2、Cu．

（1）将上述反应设计成原电池如图甲所示，请回答下列问题：
①图中X溶液的溶质是FeCl3（填化学式），Cu电极上发生的电极反应方程式为Cu-2e-=Cu2+．
②原电池工作时，盐桥中的K+ （填“K+”或“Cl-”）不断进入X溶液中．
（2）将上述反应设计成电解池如图乙所示，乙烧杯中金属阳离子的物质的量与电子转移的物质的量关系如图丙，请回答下列问题：
①M是直流电源的负极；图丙中的②线是Fe2+的物质的量的变化．
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（3）铁的重要化合物高铁酸钠（Na2FeO4）是一种新型饮用水消毒剂，具有很多优点．
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20．如图在盛有溴水的三支试管中分别加入汽油、四氯化碳和酒精，振荡后静置，出现下列现象，正确的结论是（　　）
A．①加入的是CCl4，②加汽油，③加酒精B．①加入的是汽油，②加CCl4，③加酒精
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17．已知锌及其化合物的性质与铝及其化合物相似．现向ZnCl2溶液中逐渐滴加NaOH溶液，溶液的pH与某些离子的浓度关系如图（横坐标为溶液的pH，纵坐标为Zn2+或ZnO22-的物质的量浓度；假设Zn2+的浓度为10?-5mol•L-l时，Zn2+已沉淀完全）．则下列说法正确的是（　　）
A．pH≥12时，发生反应的离子方程式为Zn2++4OH-=ZnO22-+2H2O
B．若要使ZnCl2溶液中Zn2+沉淀完全，加入的NaOH溶液越多越好
C．向1L0.1mol•L-lZnCl2溶液中逐渐滴加NaOH溶液至pH=7，需NaOH 0.2mol
D．若溶液的温度保持不变，则该温度下Zn（OH）2的溶度积Ksp=10?-17
4．下列描述或表达式正确的是（　　）
A．反应MnO2+ZnS+2H2SO4=MnSO4+ZnSO4+S+2H2O中1molMnO2被氧化转移2mol电子
B．NaHSO4在熔融状态下的电离方程式为：NaHSO4═Na++HSO4-
C．不溶于水的盐（CaCO3、BaSO4等）都是弱电解质
D．需要通电才可进行的有：电解、电泳、电离、电镀、电化腐蚀
14．设NA为阿伏彻德罗常数的值．下列说法错误的是（　　）
A．0.5mo1H20含有的原子数目为1.5NA
B．3.6g石墨和C60的混合物中，含有的碳原子数为0.3NA
C．含有4.6g钠元素的过氧化钠和氯化钠的混合物中．所含离子总数为0.3NA
D．0.5NA个氯分子的物质的量是0.5mol
5．苯甲酸和苯甲酸钠均是食品防腐剂．某化学学习小组的同学们尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸，实验过程如下：按图示装置，在圆底烧瓶中放入适量甲苯和水，在石棉网上加热至沸，从仪器X上口加入适量高锰酸钾，继续煮沸并间歇摇动烧瓶，直到甲苯层消失，回流液不再出现油珠时停止反应．
按如下流程分离出苯甲酸：
反应混合物$\stackrel{趁热减压过滤}{→}$滤液$→_{②浓盐酸酸化}^{①冰水浴冷却}$悬浊液$\stackrel{减压过滤}{→}$苯甲酸晶体
已知：①苯甲酸熔点为122℃，沸点为249℃．
②不同温度下苯甲酸在水中溶解度：4℃-0.18g，18℃-0.27g，75℃-2.2g；
③
请回答下列问题：
（1）仪器X的名称是冷凝管，冷却水应从b口进入（填“a”或“b”）．
（2）分离苯甲酸的操作中，冰水浴冷却滤液的主要目的是使盐酸酸化时生成的苯甲酸在水中溶解更少，有利于更多的苯甲酸结晶析出，制得的苯甲酸晶体中可能含有的杂质是KCl，为进一步提纯，应采用的方法是重结晶．
（3）芳香化合物A与苯甲酸分子式相同，A与NaOH溶液反应生成两种盐，该反应的化学方程式是+2NaOH-→HCOONa++H2O．
2．某温度时，Ag2SO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示．该温度下，下列说法正确的是（　　）
A．含有大量SO42-的溶液中肯定不存在Ag+
B．0.02 mol•L-1的AgNO3溶液与0.02 mol•L-1的Na2SO4 溶液等体积混合不会生成沉淀
C．Ag2SO4的溶度积常数（Ksp）为1×10-3
D．a点表示Ag2SO4的不饱和溶液，蒸发可以使溶液由a点变到b点
3．W、X、Y、Z是四种常见的短周期元素，其原子半径随原子序数变化如图所示．已知W的一种核素的质量数为18，中子数为10；X和Ne原子的核外电子数相差1；Y的单质是一种常见的半导体材料；Z的电负性在同周期主族元素中最大．
（1）X位于元素周期表中第三周期IA族；W的基态原子核外有2个未成对电子．
（2）X的单质和Y的单质相比，熔点较高的是Si（写化学式）；Z的气态氢化物和溴化氢相比，较稳定的是HCl（写化学式）．
（3）Y与Z形成的化合物和足量水反应，生成一种弱酸和一种强酸，该反应的化学方程式是SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl．
（4）在25℃、101kPa下，已知Y的气态氢化物在氧气中完全燃烧后恢复至原状态，平均每转移1mol电子放热190.0kJ，该反应的热化学方程式是SiH4（g）+2O2（g）═SiO2（s）+2H2O（l）△H=-1520.0 kJ•mol-1．

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