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11.甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料.工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇.已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学平衡常数如表所示:
化学反应平衡常温温度(℃)
500800
①2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)K12.50.15
②H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)K21.02.5
③3H2(g)+CO2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)K3
(1)反应②是吸热(填“吸热”或“放热”)反应.
(2)某温度下反应①中H2的平衡转化率(a)与体系总压强(p)的关系如图甲所示.则平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A)=K(B)(填“>”“<”或“=”).
(3)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=K1•K2(用K1、K2表示).500℃时测得反应③在某时刻时,H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol•L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时v正>v逆(填“>”“=”或“<”).
(4)在3L容积可变的密闭容器中发生反应②,已知c(CO)-t(反应时间)变化曲线Ⅰ如图乙所示,若在t0时刻分别改变一个条件,曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ

当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时,改变的条件是加入催化剂
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时,改变的条是将容器的体积快速压缩至2L.

分析 (1)分析图表数据,反应②平衡常数随温度升高增大,平衡正向进行,正反应是吸热反应;
(2)依据平衡常数随温度变化,不随压强变化分析;
(3)反应③是气体体积减小的反应△S<0,分析反应特征可知平衡常数K3=K1×K2,计算不同温度下反应③的平衡常数,结合温度变化分析判断反应焓变△H<0,依据反应①+②得到反应③,所以平衡常数K3=K1×K2;依据某时刻浓度商计算和平衡常数比较判断反应进行的方向;
(4)图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间,最后达到相同平衡状态,体积是可变得是恒压容器,说明改变的是加入了催化剂;当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大,反应是气体体积不变的反应,可变容器中气体体积和浓度成反比,气体物质的量不变.

解答 解:(1)分析图表数据,反应②平衡常数随温度升高增大,平衡正向进行,正反应是吸热反应,故答案为:吸热;
(2)依据平衡常数随温度变化,不随压强变化分析,图象中平衡状态由A变到B时,压强改变,温度不变,所以平衡常数不变;故答案为:=;
(3)反应③3H2(g)+CO2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)是气体体积减小的反应△S<0,依据反应①+②得到反应③,所以平衡常数K3=K1×K2;在500℃、2L的密闭容器中,进行反应③,测得反应③在某时刻,H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O (g)的浓度(mol/L)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,Q=$\frac{0.15×0.3}{0.{8}^{3}×0.1}$=0.87<K=2.5,反应正向进行,V正>V逆,
故答案为:=;K1•K2;>;
(4)图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间,最后达到相同平衡状态,体积是可变得是恒压容器,说明改变的是加入了催化剂;当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大,反应是气体体积不变的反应,可变容器中气体体积和浓度成反比,气体物质的量不变,曲线Ⅰ,体积为3L,一氧化碳浓度为3mol/L,改变条件不好为曲线Ⅱ,一氧化碳浓度为4.5mol/L,则体积压缩体积为:3:V=4.5:3,V=2L,所以将容器的体积快速压缩至2L符合;
故答案为:加入催化剂;将容器的体积快速压缩至2L.

点评 本题考查了化学平衡影响因素分析判断,平衡常数计算和影响条件的应用,难溶电解质溶液中溶度积的计算,题目综合性较大.

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2.单晶硅是信息产业中重要的基础材料.通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硫、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450-500℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅.以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图.
查阅相关资料获悉:
a.四氯化硅遇水极易水解;
b.铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;
c.有关物质的物理常数见下表:
物质SiCl4AlCl3FeCl3PCl5
沸点/℃57.7-315-
熔点/℃-70.0---
升华温度/℃-180300162
请回答下列问题:
(1)写出装置A中发生反应的离子方程式MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O.
(2)装置A中g管的作用是平衡压强,使液体顺利流出并防止漏气;装置C中的试剂是浓硫酸;装置E中的h瓶需要冷却理由是产物SiCl4沸点低,需要冷凝收集.
(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,含有铁、铝等元素的杂质.为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素还原成Fe2+,再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原反应滴定,锰元素被还原为Mn2+.
①写出用KMnO4滴定Fe2+的离子方程式:5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O;
②滴定前是否要滴加指示剂?否(填“是”或“否”),判断滴定终点的方法是当滴入最后一滴KMnO4溶液时,溶液颜色由无色变为紫色,且30秒不褪色.
③某同学称取5.000g残留物,预处理后在容量瓶中配制成100ml溶液,移取25.00ml试样溶液,用1.000×10-2mol•L-1KMnO4标准溶液滴定.达到滴定终点时,消耗标准溶液20.00ml,则残留物中铁元素的质量分数是4.480%.若滴定前平视,滴定后俯视KMnO4液面,对测定结果有何影响偏低(填“偏高”、“偏低”、或“无影响”)

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