Question

合成氨工业上常用下列方法制备H₂：
方法：①C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）
方法：②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
（1）已知①C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ?mol^-1
②C（石墨）+

1

2

O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ?mol^-1
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-242kJ?mol^-1
试计算25℃时由方法②制备1000g H₂所放出的能量为

 

 kJ．
（2）在一定的条件下，将C（s）和H₂O（g）分别加入甲、乙两个密闭容器，发生反应：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）其相关数据如下表所示：

容器	容积/L	温度/℃	起始量/mol		平衡量	达到平衡所需时间/min
			C（s）	H2O（g）	H2（g）
甲	2	T1	2	4	3.2	3.5
乙	1	T2	1	2	1.2	3

①T₁

 

T₂ （填“＞”、“=”或“＜”）；T₁℃时，该反应的平衡常数K=

 

．
②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H₂O（g）的物质的量浓度范围是

 

．
③一定条件下，在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是

 

．
A．V_逆（CO₂）=2V_正（H₂）
B混合气体的密度保持不变
C．c（H₂O）：c（CO₂）：c（H₂）=2：1：2
D．混合气体的平均相对分子质量保持不变
④某同学为了研究反应条件对化学平衡的影响，测得逆反应速率与时间的关系如图所示：

可见在t₁、t₃、t₅、t₇时反应都达了到平衡状态，如果t₂、t₄、t₆、t₈时都只改变了一个反应条件，则从t₁到t₈哪个时间段H₂O（g）的平衡转化率最低

 

，t₄时刻改变的条件是

 

．
⑤在25℃时，c mol/L，的醋酸与0.02mol/L NaOH溶液等体积混合后溶液刚好呈中性，用含c的代数式表示CH₃COOH的电离常数Ka=

 

．

Answer 1

考点：有关反应热的计算,化学平衡状态的判断,化学反应速率与化学平衡图象的综合应用,化学平衡的计算,弱电解质在水溶液中的电离平衡

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电离平衡与溶液的pH专题

分析：（1）应用盖斯定律解题，△H=△H₁-△H₂-△H₃；
（2）①运用平衡移动的原理来分析温度的高低；利用三段式计算平衡时各组分的物质的量，再根据平衡常数k计算；
②随反应进行，物质的浓度降低，反应速率较短，故前1.5min水的浓度变化量大于后1.5min水的浓度变化量，据此解答；
③根据已知条件判断正逆反应速率是否相等；
④该反应是一个反应前后气体体积增大的且是正反应是吸热的化学反应，t₂时逆反应速率增大，且平衡时反应速率大于t₂时反应速率，平衡向逆反应方向移动，t₈时反应速率增大，但平衡不移动，根据外界条件对化学反应速率的影响来分析解答；
⑤根据电荷守恒可知c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（Na⁺）+c（H⁺），溶液显中性时c（OH^-）=c（H⁺），故c（CH₃COO^-）=c（Na⁺），根据溶液的pH值计算溶液中c（H⁺），根据钠离子浓度计算c（CH₃COO^-），利用物料守恒计算溶液中c（CH₃COOH），溶液中存在平衡CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺，代入CH₃COOH的电离常数表达式K_a=

c(CH3COO-)c(H+)

c(CH3COOH)

计算．

解答： 解：（1）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的，△H=△H₁-△H₂-△H₃=-394kJ?mol^-1-（-111kJ?mol^-1）-（-242kJ?mol^-1）=-41kJ?mol^-1，所以制备1000g H₂所放出的能量为20500kJ，故答案为：20500；
（2）①如果两者温度相等，甲相对乙，甲平衡时H₂（g）平衡量为2.4mol，而是3.2，说明温度改变平衡正向移动，而正反应为吸热反应，所以T₁＞T2；
由表中数据可知，平衡时氢气的物质的量为3.2mol，则：
           C（s）+2H₂0（g）?C0₂（g）+2H₂（g）
开始（mol）：2         4          0           0
转化（mol）：1.6     3.2        1.6          3.2
平衡（mol）：0.4     0.8        1.6          3.2
平衡常数K=

c(CO2)c2(H2)

c2(H2O)

=

1.6×3．22

0．82

=12.8，
故答案为：＞；12.8；
②3min内水蒸气的浓度变化量=氢气的浓度变化量的=

1.2mol

1L

=1.2mol/L，随反应进行，物质的浓度降低，反应速率变小，故前1.5min水的浓度变化量大于后1.5min水的浓度变化量，故反应进行到1.5min时，H₂O（g）的物质的量浓度小于2mol/L-1.2mol/L×

1

2

=1.4mol/L，
故答案为：＜1.4mol/L；
③A．V_逆（CO₂）=

1

2

V_逆（H₂）=2V_正（H₂），正逆速度不等，故不选；
B混合气体的密度保持不变，说明气体质量不变，正逆速度相等，故选；
C．c（H₂O）：c（CO₂）：c（H₂）=2：1：2，而不是不变，故不选；
D．混合气体的平均相对分子质量未平衡时在变，现在保持不变，说明已达平衡状态，故选；故选BD；
④t₁到t₆平衡都逆向移动，而t₆时平衡正向移动，是因为增加反应物的浓度，而C是固体，所以是增加水蒸气的量，所以本身的转化率降低，t₈时反应速率增大，但平衡不移动，故平衡转化率最低t₇-t₈ （或“t₇到t₈”），t₄时刻速率都比原来速率小，平衡逆向，所以是降低温度，故答案为：t₇-t₈；降低温度；
⑤根据电荷守恒可知c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（Na⁺）+c（H⁺），溶液显中性时c（OH^-）=c（H⁺），故c（CH₃COO^-）=c（Na⁺），溶液中c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中c（CH₃COO^-）=c（Na⁺）=

1

2

×0.02mol?L^-1=0.01mol?L^-1，故混合后溶液中c（CH₃COOH）=

1

2

×cmol?L^-1-0.01mol?L^-1=（0.5c-0.01）mol/L，CH₃COOH的电离常数K_a=

10-7×0.01

0.5c-0.01

=

2×10-9

c-0.02

，
故答案为：

2×10-9

c-0.02

．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡常数的影响因素判断，电离平衡，属于拼合型题目，对学生的心理有较高的要求，掌握基础是关键，难度中等．