Question

能源短缺是人类面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．因此甲醇被称为21世纪的新型燃料．
（1）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ．mol^-1
写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式

 

．
（2）工业上用CO生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．图1表示反应中能量的变化；图2表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的浓度随时间变化图．

①在“图1”中，曲线

 

（填“a”或“b”）表示使用了催化剂．
②能判断该反应在“图2”所在条件下是否已达化学平衡状态的依据是

 

．（双选）
A．容器中压强不变                  B．体系的密度不随时间改变
C．v_正（H₂）=2v_逆（CH₃OH）          D．CO与H₂的物质的量的比不随时间改变
③计算该温度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化学平衡常数K=

 

．
④请在“图3”中画出平衡时甲醇百分含量（纵坐标）随温度（横坐标）变化的曲线，要求画压强不同的2条曲线（在曲线上标出P₁、P₂，且P₁＜P₂）．
（3）CaSO₄是一种微溶物质，已知K_SP（CaSO₄）=9.10×10^-6．现将c mol?L^-1CaCl₂溶液与2.00×10^-2 mol?L^-1 Na₂SO₄溶液等体积混合生成沉淀，则c的最小值是

 

（结果保留3位有效数字）．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡状态的判断,物质的量或浓度随时间的变化曲线,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到，燃烧热是1mol物质完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量表示热化学方程式；
（2）①根据图中反应的活化能的大小来分析是否使用催化剂，利用反应前后的总能量来分析反应的能量变化；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
A、该反应为反应前后压强不等的反应；利用反应前后气体体积变化来分析；
B、反应前后气体质量守恒，容器体积不变，气体密度始终不变；
C、反应速率之比等于化学方程式计量数之比是真反应速率之比；
D、CO与H₂的物质的量的比和起始量有关，不随时间改变不能说明反应达到平衡；
③利用各物质平衡的浓度来计算化学平衡常数；
④根据温度和压强对该反应的影响来分析；
（5）依据沉淀溶解平衡的溶度积常数分析计算．

解答： 解：（1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ．mol^-1
依据盖斯定律①+②×2得到2CH₃OH（g）+3 O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1451.6kJ/mol
CH₃OH（g）+

3

2

 O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol；
（2）①加入催化剂，可降低反应的活化能，由图象可知b活化能较低，应加入催化剂，故答案为：b；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反应是气体体积减小的放热反应；
A、该反应为反应前后压强不等的反应，压强不变说明反应达到平衡，故A符合；
B、反应前后气体质量守恒，容器体积不变，气体密度始终不变，故B不符合；
C、反应速率之比等于化学方程式计量数之比是真反应速率之比，．v_正（H₂）=2v_逆（CH₃OH）说明甲醇正逆反应速率相同，反应达到平衡，故C符合；
D、CO与H₂的物质的量的比和起始量有关，不随时间改变不能说明反应达到平衡，故D不符合；
故选AC；
③从反应开始到建立平衡，平衡时：c（CO）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，则消耗n（CO）=0.75mol/L×2L=1.5mol，消耗的n（H₂）=3mol，
平衡时c（H₂）=

4mol-3mol

2L

=0.5mol/L，k=

0.75

0.25×0．52

=12，
故答案为：12；                                                                                                      
④增大压强，平衡向正反应方向移动，则甲醇的百分含量增大，温度升高，平衡向逆反应方向移动，甲醇的百分含量降低，则图象可为，
故答案为：；

（3）现将c mol?L^-1CaCl₂溶液与2.00×10^-2 mol?L^-1 Na₂SO₄溶液等体积混合生成沉淀，溶液中c（Ca²⁺）=

c

2

mol/L，c（SO₄^2-）=1.00×10^-2mol/L，CaSO₄是一种微溶物质，已知K_SP（CaSO₄）=c（Ca²⁺）c（SO₄^2-）=

c

2

mol/L×1.00×10^-2mol/L=9.10×10^-6，c=1.82×10^-3mol/L，故答案为：1.82×10^-3．

点评：本题考查了热化学方程式书写方法，化学平衡的影响因素分析判断，平衡常数计算应用，沉淀溶解平衡的溶度积计算，掌握基础是解题关键，题目难度中等．