Question

6．（1）Ⅰ．锅炉水垢既会降低燃料的利用率，也会影响锅炉的使用寿命，所以要定期去除锅炉水垢．在实际生产中，通常将难溶于强酸的BaSO₄制成易溶于盐酸的碳酸钡，而后用酸除去．已知K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10．今有0，.15 L 1.5 mol/L的Na₂CO₃溶液可以使1.1g BaSO₄固体转化掉．
（2）Ⅱ．水煤气的生产在工业上具有重要的意义，将1 mol CO和1 mol H₂O（g）充入某固定容积的反应器中，在某条件下达到平衡：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂，此时有2/3的CO转化为CO₂．
（1）该平衡混合物中CO₂的体积分数为33.3%．
（2）若在相同条件下，向容器中充入1 mol CO₂、1 mol H₂和1 mol H₂O，则达到平衡时与（1）中平衡相比较，平衡应向正反应方向（填“正反应方向”“逆反应方向”或“不”）移动，此时平衡混合物中CO₂的体积分数可能是下列各值中的B（填编号）．
A.22.2%  B.27.55%  C.33.3%  D.36.8%
（3）结合（2）中计算结果分析若平衡向正方向移动时，则下列说法中正确的是①⑤（填序号）．
①生成物的产量一定增加
②生成物的体积分数一定增加
③反应物的转化率一定增大
④反应物的浓度一定降低
⑤正反应速率一定大于逆反应速率
⑥一定使用了催化剂．

Answer 1

分析 Ⅰ、根据反应 BaSO₄ +CO₃^2-?BaCO₃ +SO₄^2-的K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$计算；设发生转化的BaSO₄的物质的量为x mol，则平衡时c（SO₄^2-）为x mol/L，利用三段式计算平衡时碳酸根的浓度，代入平衡常数计算；
Ⅱ、依据化学平衡三段式列式计算，
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol） 1       1         0      0
变化量（mol）$\frac{2}{3}$       $\frac{2}{3}$        $\frac{2}{3}$     $\frac{2}{3}$
平衡量（mol）$\frac{1}{3}$      $\frac{1}{3}$        $\frac{1}{3}$     $\frac{1}{3}$
（1）根据体积分数为$\frac{物质的物质的量}{气体的总物质的量}×100%$计算；
（2）若在相同条件下，向容器中充入1mol CO₂、1mol H₂和1mol H₂O，极值转化相当于加入1molCO₂，2molH₂O，则达到平衡时与（1）相比较，等于加入1mol水平衡正向进行；依据平衡浓度计算平衡浓度，计算K，结合化学平衡三段式列式计算；
（3）平衡向正反应方向移动，正逆反应速率增大，正反应速率增大大于逆反应速率，生成物物质的量、产率增大，反应前后气体体积不变，加入气体，气体体积分数减小，催化剂改变反应速率不改变化学平衡，结合化学平衡移动原理和反应特征选项．

解答 解：Ⅰ、已知反应BaSO₄ （s）+CO₃^2- （aq）?BaCO₃ （s）+SO₄^2- （aq），则K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{5.1×1{0}^{-9}}$=0.022；
  设发生转化的CO₃^2-的物质的量浓度为x mol•L ^-1，则平衡时c（SO₄^2-）为x mol•L ^-1，开始时c（CO₃^2-）=1.5mol•L ^-1，
                 BaSO₄ +CO₃^2-?BaCO₃ +SO₄^2-
起始浓度（mol/L）          1.5              0
转化浓度（mol/L）          x                x
平衡浓度（mol/L）        1.5-x              x
则$\frac{x}{1.5-x}$=0.022，解得x=0.032，则溶解的硫酸钡的物质的量为0.032mol•L ^-1×0.15L=0.0048mol，质量为0.0048mol×233g/mol≈1.1g；
故答案为：1.1；
Ⅱ、依据化学平衡三段式列式计算，
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol） 1       1         0      0
变化量（mol）$\frac{2}{3}$      $\frac{2}{3}$         $\frac{2}{3}$      $\frac{2}{3}$
平衡量（mol）$\frac{1}{3}$      $\frac{1}{3}$        $\frac{1}{3}$      $\frac{1}{3}$
（1）反应前后气体的体积不变，所以平衡时，混合气体的总的物质的量为1mol+1mol=2mol，
所以平衡混合物中CO₂的体积分数为$\frac{\frac{2}{3}}{2}$×100%=33.3%；
故答案为：33.3%；
（2）充入1mol CO₂、lmol H₂和1mol H₂O，反应向逆反应进行建立平衡，等效为（1）中平衡后，再加1molH₂O（g），平衡向正反应移动；
设容器为1L，则故该反应的平衡常数表达式k=$\frac{\frac{2}{3}×\frac{2}{3}}{\frac{1}{3}×\frac{1}{3}}$=4，令参加反应的H₂物质的量为nmol，
             CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol）：0         1         1      1
转化（mol）：n         n         n       n
平衡（mol）：n        1+n       1-n     1-n
有$\frac{（1-n）^{2}}{n（1+n）}$=4，解得n=0.154
反应前后气体的体积不变，所以平衡时，混合气体的总的物质的量为1mol+1mol+1mol=3mol，
平衡混合物中CO₂的体积分数为$\frac{1-0.154}{3}$×100%=28.2%；此时平衡混合的CO₂的体积分数可能是27.55%；
故答案为：正反应方向；B；
（3）平衡向向正方向移动，
①不论改变何条件，平衡向向正方向移动，生成物的物质的量一定增加，故①正确；
②对于多种气体参与反应，反应前后气体的体积不变的反应，并向其中大量加入一种反应物，而使平衡正向移动．生成物的物质的量增加，但百分含量完全可以减小，因为总量多了，故②错误；
③多种物质参加反应，增加一种反应物的浓度，平衡向向正方向移动，提高其它反应物的转化率，自身转化率降低，故③错误；
④多种物质参加反应，增加一种反应物的浓度，平衡向向正方向移动，其它反应物的浓度降低，自身浓度增大，故④错误；
⑤平衡向向正方向移动，正反应速率一定大于逆反应速率，故⑤正确；
⑥使用催化剂不能改变平衡移动，故⑥错误；
故答案为：①⑤．

点评 本题考查了溶度积常数的计算，化学平衡常数有关计算、沉淀转化等，本题计算量较大，题目难度中等，是对热点知识的考查．