Question

11．工業(yè)上“固定”和利用CO₂能有效地減輕“溫室效應(yīng)”．
I．工業(yè)上正在研究利用CO₂來生產(chǎn)甲醇燃料的方法，該方法的化學(xué)方程式是：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，某科學(xué)實(shí)驗(yàn)將6molCO₂和8molH₂充入一容積為2L的密閉容器中（溫度保持不變），測得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中實(shí)線所示（圖中字母后的數(shù)字表示對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)）：
回答下列問題：
（1）該反應(yīng)在B條件下能自發(fā)進(jìn)行（城編號(hào)）．
A．高溫      B．低溫        C．任何溫度
（2）該反應(yīng)在0～8min內(nèi)CO₂的平均反應(yīng)速率是0.125mol/（L•min）．
（3）該反應(yīng)的平街常數(shù)K=0.5（L/mol）²．
（4）僅改變某一條件再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中虛線所示．與實(shí)線相比，虛線I改變的條件可能是升高溫度．若實(shí)線對(duì)應(yīng)條件下平衡常教為K，虛線I對(duì)應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K₁，盛線II對(duì)應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K2，則K、K₁和K₂的大小關(guān)系是KK=K₂＞K₁．
II．己知25℃時(shí)，乙酸和碳酸的電離平衡常數(shù)如₂表：

物質(zhì)的化學(xué)式	CH3COOH	HCO3
電離平衡常數(shù)	K=1.8×10-5	K1=4.3×10-7	K2=5.6×10-11

（1）用飽和氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，若已知CH₃COONH₄溶液pH=7，則NH₄HCO₃溶液顯堿性（填“酸性”、“堿性”或“中性”）．
（ 2 ） 25℃時(shí)，在0．lmol/L乙酸溶液中加入一定量的NaHCO3，保持溫度不變，所得混合液的
pH=6，那么混合液中$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=18；該混合溶液中的兩種濃度由大到小的順序?yàn)椋篶（CH₃COO^-）＞c（Na⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 I．（1）反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是滿足△H-T△S＜0；
（2）先計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率，再根據(jù)氫氣和二氧化碳的關(guān)系式計(jì)算CO₂的平均反應(yīng)速率；
（3）化學(xué)平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積之比；
（4）升高溫度和增大壓強(qiáng)都能增大反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間，但升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，增大壓強(qiáng)平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，該反應(yīng)中溫度越高，平衡常數(shù)越�。�
II．（1）電離平衡常數(shù)比較，因?yàn)镠₂CO₃酸性比CH₃COOH弱，根據(jù)鹽類水解規(guī)律分析，碳酸氫根離子水解程度更大；
（2）根據(jù)PH和醋酸的電離常數(shù)計(jì)算，混合溶液PH=6顯酸性．說明混合溶液為硝酸鈉和醋酸，醋酸電離大于醋酸根離子水解．

解答 解：（1）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，△H＜0，△S＜0，滿足△H-T△S＜0的條件是低溫狀態(tài)下能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：B；
（2）0～8min內(nèi)氫氣的平均反應(yīng)速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{8-2}{2}}{8}$mol/（L•min）=0.375mol/（L•min），該反應(yīng)中，同一時(shí)間段內(nèi)二氧化碳的平均反應(yīng)速率是氫氣的$\frac{1}{3}$，所以二氧化碳的平均反應(yīng)速率=$\frac{1}{3}$×0.375mol/（L•min）=0.125mol/（L•min），
故答案為：0.125mol/（L•min）；
（3）將6molCO₂和8molH₂充入一容積為2L的密閉容器中（溫度保持不變），平衡狀態(tài)氫氣物質(zhì)的量為2mol，濃度為1mol/L，消耗3mol/L，
                           CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）    3                4               0                 0
變化量（mol/L）   1                3                1                  1
平衡量（mol/L）  2                 1               1                  1
該反應(yīng)的平衡：K=$\frac{1×1}{2×{1}^{3}}$=0.5（L/mol）²，
故答案為：0.5（L/mol）²；
（4）該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，改變條件I，反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間縮短，則反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的物質(zhì)的量大于原平衡狀態(tài)，說明改變條件I平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以該條件是升高溫度；改變條件II，反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間縮短，則反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的物質(zhì)的量小于原平衡狀態(tài)，說明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則該條件是增大壓強(qiáng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，且平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以K=K₂＞K₁，
故答案為：升高溫度；K=K₂＞K₁；
II．（1）已知CH₃COONH₄溶液pH=7，電離平衡常數(shù)可知醋酸電離程度小于等于一水合氨電離程度，根據(jù)鹽類水解規(guī)律，因?yàn)镠₂CO₃酸性比CH₃COOH弱，碳酸氫根離子水解程度比銨根離子水解程度更大，所以 NH₄HCO₃顯堿性，
故答案為：堿性；
（2）根據(jù)PH可知c（H⁺）=10^-6mol/L和醋酸的電離常數(shù)Ka=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=1.8×10^-5，解得$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=18，
混合溶液PH=6顯酸性，說明混合溶液為硝酸鈉和醋酸，醋酸電離大于醋酸根離子水解，離子濃度大小為c（CH₃COO^-）＞c（Na⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案為：18；c（CH₃COO^-）＞c（Na⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率或平衡的圖象和熱化學(xué)反應(yīng)方程式、計(jì)算反應(yīng)速率的大小及化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)和溶液中離子濃度大小的比較，注意把握對(duì)題目圖象的分析，題目較為綜合，題目難度中等．