Question

10．（1）工业制氢气的一个重要反应是：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
已知在25℃时：①C（石墨）+1/2O₂（g）=CO（g）△H₁═-111kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₂=-242kJ/mol
③C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H₃=-394kJ/mol
试计算25℃时一氧化碳与水作用转化为氢气和二氧化碳反应的热化学方程式CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol．
（2）已知上述反应在427℃时的平衡常数是9.4．如果反应开始时，一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.01mol/L，计算一氧化碳在此反应条件下的转化率75.4%．（保留3位有效数字）．$\frac{7πm}{12qB}$≈3.07．
（3）对于化学反应，速率也是研究的重要内容．在一密闭容器中充入1mol H₂和1mol I₂，压强为p（Pa），并在一定温度下使其发生反应：H₂（g）+I₂（g）?2HI（g）△H＜0．达到平衡后，以下能加快反应速率的是①⑤
①保持容器容积不变，向其中加入1mol H₂．
②保持容器容积不变，向其中加入1mol N₂（N₂不参加反应）．
③保持容器内气体压强不变，向其中加入1mol N₂（N₂不参加反应）．
④保持容器内气体压强不变，向其中加入1mol H₂和1mol I₂．
⑤提高起始的反应温度．
（4）2.0mol PCl₃和1.0molCl₂充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下发生下述反应：
PCl₃（g）+Cl₂（g）?PCl₅（g）．达平衡时，PCl₅为0.40mol，如果此时移走1.0mol PCl₃和0.5molCl₂，在相同温度下再达平衡时PCl₅的物质的量是C
A．0.4mol      B．0.2mol     C．小于0.2mol     D．大于0.2mol，小于0.4mol
（5）已知25℃下，醋酸溶液中存在下述关系：$R=\frac{mv}{qB}$=1.75×10^-5其中的数值是该温度下醋酸的电离平衡常数．若醋酸的起始浓度为0.010mol/L，平衡时c（H⁺）=4.18×10-⁴mol/L．（$\sqrt{17.5}$≈4.18）
（提示：醋酸的电离常数很小，平衡时的c（CH₃COOH）可近似视为仍等于0.010mol/L）
（6）向明矾溶液中逐滴加入Ba（OH）₂溶液至硫酸根离子刚好沉淀完全时，溶液的pH＞7（填＜、＞、=）离子反应总方程式为Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^-═2BaSO₄↓+AlO₂^-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，由已知热化学方乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数并进行相应的加减，据此计算；
（2）依据化学平衡的三段式列式计算，平衡状态下的物质转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，运用平衡常数的概念列式得到；
（3）根据外界条件对化学反应速率的影响可以作判断；
（4）达平衡后移走1.0mol PC1₃和0.50mol C1₂，重新到达的平衡，可以等效为开始加入1.0mol PC1₃和0.50mol C1₂到达的平衡，与原平衡相比压强减小，平衡向逆反应移动，反应物的转化率减小，故平衡时PC1₅的物质的量小于原平衡的$\frac{1}{2}$倍；
（5）根据）c（H⁺）=$\sqrt{Kwc（C{H}_{3}COOH）}$计算；
（6）假设SO₄^2-的物质的量为2mol，判断完全反应需要其它离子的物质的量，进而书写反应的离子方程式，并判断溶液的酸碱性；假设明矾的物质的量为1mol，水溶液中Al³⁺恰好沉淀时，需氢氧根离子3mol，所以明矾与Ba（OH）₂的物质的量之比为1：3，进而书写反应的离子方程式，并判断溶液的酸碱性．

解答 解：（1）已知在25℃时：
①C（石墨）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₁=-111kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₂=-242kJ/mol
③C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H₃=-394kJ/mol
由盖斯定律，③-②-①得CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=△H₃-△H₂-△H₁=-394-（-242）-（-111）=-41kJ/mol，
故答案为：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol；
（2）依据化学平衡，设一氧化碳的消耗浓度为X，
                CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol/L） 0.01    0.01      0      0
变化量（mol/L） X        X        X      X
平衡量（mol/L） 0.01-X  0.0-X     X      X
平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{{X}^{2}}{（0.01-X）^{2}}$=9.4
解得：X=0.00754mol/L；
一氧化碳转化率=$\frac{0.00754mol/L}{0.01mol/L}$×100%=75.4%
故答案为：75.4%；
（3）①保持容器容积不变，向其中加入1mol H₂，增加了反应物浓度，化学反应速率变大；
②保持容器容积不变，向其中加入1mol N₂（N₂不参加反应），体积不变，各反应物和生成物浓度没变，所以化学反应速率不变；
③保持容器内气体压强不变，向其中加入1mol N₂（N₂不参加反应），体积变大，各反应物和生成物浓度都变小，所以化学反应速率变小；
④保持容器内气体压强不变，向其中加入1mol H₂和1mol I₂，体积变大，各物质浓度与未加时的浓度相同，所以反应速率不变；
⑤提高起始的反应温度，可以提高反应速率；
故答案选：①⑤；
（4）达平衡后移走1.0mol PC1₃和0.50mol C1₂，重新到达的平衡，可以等效为开始加入1.0mol PC1₃和0.50mol C1₂到达的平衡，与原平衡相比压强减小，平衡向逆反应移动，反应物的转化率减小，故平衡时PC1₅的物质的量小于原平衡的$\frac{1}{2}$倍，即达平衡时PC1₅的物质的量小于0.4mol×$\frac{1}{2}$=0.2mol，
故选C，
故答案为：C；
（5）（2）c（H⁺）=$\sqrt{Kwc（C{H}_{3}COOH）}$=$\sqrt{1.75×1{0}^{-5}×0.010}$mol/L=4.18×10^-4mol/L，
故答案为：4.18×10^-4mol/L；
（6）明矾的电离方程式为：KAl（SO₄）₂═K⁺+Al³⁺+2SO₄^2-，假设SO₄^2-的物质的量为2mol，则明矾溶液中含有2molSO₄^2-，1molAl³⁺，向明矾溶液中逐滴加入Ba（OH）₂溶液至SO₄^2-刚好沉淀完全时，需要2molBa（OH）₂，即加入的Ba²⁺为2mol，OH^-为4mol，生成2molBaSO₄，1molAl³⁺与4molOH^-反应生成1molAlO₂^-，反应的离子方程式为Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^-═2BaSO₄↓+AlO₂^-+2H₂O，反应后溶液呈碱性，pH＞7；
故答案为：＞；Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^-═2BaSO₄↓+AlO₂^-+2H₂O．

点评 本题主要考查了热化学方程式的书写、转化率的计算、影响化学反应速率的因素、平衡的移动、平衡常数的应用、离子反应的判断等知识点，综合性较高，难度较大，解题时要注意灵活运用化学原理的基本知识．