Question

7．化學原理是中學化學學習的重要內(nèi)容．請回答下列問題：

（1）有人設(shè)想以N₂和H₂為反應物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖1所示，電池正極的電極反應式是N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，A是氯化銨．
（2）甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景，工業(yè)上可用合成氣制備甲醇，反應為
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），某溫度下在容積為2L的密閉容器中進行該反應，其相關(guān)數(shù)據(jù)圖2：
①從反應開始至平衡時，用CO表示化學反應速率為0.03mol/（L．min）；，該溫度下的平衡常數(shù)為9.375；
②5min至10min時速率變化的原因可能是使用了催化劑或增大壓強；（寫一種即可）
③已知一定條件下，該反應中CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$的變化曲線如圖3：則 a、b、c按從大到小的順序排序為a＞b＞c．
④某溫度下，將1.0mol CO（g）和2.0mol H₂（g）充入容積為2L的密閉容器中，反應到達平衡時，改變壓強和溫度，平衡體系中CH₃OH（g）的物質(zhì)的量分數(shù)變化情況如圖4所示，則溫度T₁、T₂、T₃、T₄由高到低的順序是T₁＞T₂＞T₃＞T₄；壓強P₁、P₂、P₃、P₄由大到小的順序是P₁＞P₂＞P₃＞P₄，其判斷理由是在其他條件不變情況下，該反應正反應是個氣體系數(shù)減小的反應，壓強越大，平衡正移，甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)越大，故P₁＞P₂＞P₃＞P₄；
⑤在恒容密閉容器里按體積比為1：2充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應達到平衡狀態(tài)．當改變反應的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向逆反應方向移動的是B D：
A．正反應速率先增大后減小     B．逆反應速率先增大后減小
C．化學平衡常數(shù)K值增大       D．反應物的體積百分含量增大
E．混合氣體的密度減小         F．氫氣的轉(zhuǎn)化率減小
（3）①常溫下，將V mL、0.1000mol/L氫氧化鈉溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol/L醋酸溶液中，充分反應（忽略溶液體積的變化）；如果溶液pH=7，此時V的取值＜20.00（填“＞”、“=”或“＜”）
②常溫下，將a mol/L的醋酸與b mol/L的氫氧化鈉溶液等體積混合，反應后，溶液呈中性，則醋酸的電離常數(shù)為$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$（用含有a、b字母的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）電池中氫氣失電子，在負極發(fā)生氧化反應，氮氣得電子在正極發(fā)生還原反應，氨氣與HCl反應生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨；
（2）①10min時反應到達平衡，平衡時CO為0.4mol、甲醇為0.6mol、氫氣為0.8mol，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO），根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數(shù)；
②5min時刻瞬間各組分的物質(zhì)的量未變，而后反應速率加快，可能是使用了催化劑或增大壓強；
③增大H₂的濃度，平衡右移，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
④根據(jù)圖2溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率降低分析判斷；
⑤A．增大反應物濃度，平衡正向移動，正反應速率先增大后減��；
B．逆反應速率先增大后減小，說明平衡逆向移動；
C．化學平衡常數(shù)K值增大，說明平衡正向移動；
D．反應物的體積百分含量增大，可以增大反應物濃度市平衡正向移動；
E．移走生成物的量，平衡正向移動，混合氣體總質(zhì)量減小，容器容積不變，混合氣體密度減�。�
F．增大氫氣的物質(zhì)的量，平衡正向移動，但氫氣轉(zhuǎn)化率減�。�
（3）①溶液的酸堿性是根據(jù)溶液中H⁺濃度與OH^-濃度的相對大小判斷的，只要溶液中c（H⁺）=c（OH^-），溶液就呈中性，CH₃COOH是弱電解質(zhì)，電離程度不大，NaOH是強電解質(zhì)，完全電離，反應生成的乙酸鈉是強堿弱酸鹽水解呈堿性，需溶液呈中性，需少加堿；
②呈中性則c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）=0.5bmol/L，由物料守恒可知c（CH₃COOH）=0.5（a-b）mol/L，再根據(jù)電離常數(shù)K_a=$\frac{c（{H}^{+}）×c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$計算；

解答 解：（1）該電池的本質(zhì)反應是合成氨反應，電池中氫氣失電子，在負極發(fā)生氧化反應，氮氣得電子在正極發(fā)生還原反應，則正極反應式為N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，氨氣與HCl反應生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨溶液，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；氯化銨；
（2）①10min時反應到達平衡，平衡時CO為0.4mol、甲醇為0.6mol、氫氣為0.8mol，
則v（CO）=$\frac{\frac{1mol-0.4mol}{2L}}{10min}$=0.03mol/（L．min），平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{0.8}{2}）^{2}}$=9.375，
故答案為：0.03mol/（L．min）；9.375；
②5min時刻瞬間各組分的物質(zhì)的量未變，而后反應速率加快，可能是使用了催化劑或增大壓強，
故答案為：使用了催化劑或增大壓強；
③增大H₂的濃度，平衡右移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故有a＞b＞c，故答案為：a＞b＞c；
④通過圖2可知，溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升溫平衡逆向移動，故正反應方向為放熱反應，則溫度越高二甲醚的質(zhì)量分數(shù)越小，故溫度：T₁＞T₂＞T₃＞T₄；
正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，二甲醚的質(zhì)量分數(shù)增大，故壓強P₁＞P₂＞P₃＞P₄，
故答案為：T₁＞T₂＞T₃＞T₄；P₁＞P₂＞P₃＞P₄；在其他條件不變情況下，該反應正反應是個氣體系數(shù)減小的反應，壓強越大，平衡正移，甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)越大，故P₁＞P₂＞P₃＞P₄；
⑤A．增大反應物濃度，平衡正向移動，正反應速率先增大后減小，不一定逆向移動，故A錯誤；
B．逆反應速率先增大后減小，說明平衡逆向移動，故B正確；
C．化學平衡常數(shù)K值增大，說明平衡正向移動，故C錯誤；
D．反應物的體積百分含量增大，可以減小壓強平衡逆向移動，故D正確；
E．移走生成物的量，平衡正向移動，混合氣體總質(zhì)量減小，容器容積不變，混合氣體密度減小，故E錯誤；
F．增大氫氣的物質(zhì)的量，平衡正向移動，但氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故F錯誤，
故選：BD；
（3）①CH₃COOH是弱電解質(zhì)，電離程度不大，NaOH是強電解質(zhì)，完全電離，反應生成的乙酸鈉是強堿弱酸鹽，水解呈堿性，需溶液呈中性pH=7，需少加堿，所以常溫下，將V mL、0.1000mol•L^-1氫氧化鈉溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol•L^-1醋酸溶液中，充分反應，V＜20.00mL溶液呈中性pH=7，c（H⁺）=c（OH^-）；故答案為：＜；
②呈中性則c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）=0.5bmol/L，由物料守恒可知c（CH₃COOH）=0.5（a-b）mol/L，則CH₃COOH的電離常數(shù)K_a=$\frac{c（{H}^{+}）×c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{1{0}^{-7}×0.5b}{0.5（a-b）}$=$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$，
故答案為：$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$．

點評 本題考查化學平衡圖象、平衡狀態(tài)建立、平衡移動等，對學生綜合能力考查，難度中等．