Question

1．碳氧化物研究
（1）在体积可变 （活塞与容器之间的摩擦力忽略不计）的密闭容器如右图所示，现将3molH₂和2molCO放入容器中，移动活塞至体积V为2L，用铆钉固定在A、B点，发生合成甲醇的反应如下：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），测定不同条件、不同时间段内的CO的转化率，得到如表数据：

CO的转化率 T（℃）	10min	20min	30min	40min
T1	20%	55%	65%	65%
T2	35%	50%	a1	a2

①根据如表数据，请比较T₁＜T₂（选填“＞”、“＜”或“=”）；T₂℃下，第30min 时，a₁=50%，升高温度该反应的化学平衡常数减小（选填“增大”、“减小”、“不变”）．
②T₂℃下，第40min时，拔去铆钉（容器密封性良好）后，活塞没有发生移动，再向容器中通人6molCO，此时v（正）＜ v（逆）（选填“＞”、“＜”或“=”）．
③现有以下几种情况放入该体积可变的密闭容器中，请选出T₂℃下达到的平衡状态与①中T₂℃下的平衡状态一致的是
A、2mol H₂+1molCO+1molCH₃OH
B、0.5mol H₂+1.5molCH₃OH
C、1mol H₂+1molCO+1molCH₃OH
D、2mol H₂+4molCH₃OH
（2）一定条件下可用甲醇与CO反应生成醋酸消除CO污染．常温下，将a mol/L的醋酸与b mol/L Ba（OH）₂溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），则该混合溶液中醋酸的电离常数Ka=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol（用含a和b的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）①升高温度，化学反应速率加快，依此根据10min内，T₂时CO转化率大于T₁时判断温度的高低；
T₂℃下，10min时CO转化率为35%，20min时CO转化率为50%，10-20min只转化15%，说明20min时已达平衡状态，依此判断第30min时CO转化率；
根据升高温度平衡常数减小判断；
②根据浓度商和平衡常数的大小关系，判断反应进行的方向；
③根据等效平衡考虑；
（2）溶液等体积混合溶质浓度减少一半，醋酸电离平衡常数与浓度无关，结合概念计算．

解答 解：（1）①升高温度，化学反应速率加快，10min内，T₂时CO转化率大于T₁时，故T₂＞T₁；
T₂℃下，10min时CO₂转化率为35%，20min时CO₂转化率为50%，10-20min只转化15%，说明20min时已达平衡状态，故第30min时，CO₂转化率为50%；
根据T₂平衡时CO转化率小于T₁平衡时CO转化率，升高温度平衡常数减小；
故答案为：＜；50%；减小；
②T₂℃下，CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），
起始（mol） 2              3                  0
转化（mol） 1              2                  1
\平衡（mol） 1             1                  1
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{1}{2}}{\frac{1}{2}×（\frac{1}{2}）^{2}}$=4
T₂℃下，原反应达平衡时，一氧化碳的物质的量为1mol，氢气的物质的量为1mol，甲醇蒸气的物质的量为1mol，则气体总的物质的量为3mol，T₂℃下，第40min时，拔去铆钉（容器密封性良好）后，活塞没有发生移动．再向容器中通入6molCO，则容器体积变为原来的3倍，即2L×3=6L，Qc=$\frac{\frac{1}{6}}{\frac{7}{6}×（\frac{1}{6}）^{2}}$=$\frac{36}{7}$＞K，故平衡逆向移动，v（正）＜v（逆），
故答案为：＜；
③A、2mol H₂+1molCO+1molCH₃OH，可看成多加1molH₂，故平衡状态不一致，不选A；
B、0.5mol H₂+1.5molCH₃OH，可看成少加1molH₂和1.5molCO，故平衡状态不一致，不选B；
C、1mol H₂+1molCO+1molCH₃OH，故平衡状态一致，选C；
D、2mol H₂+4molCH₃OH，可看成少加2molH₂和4molCO，故平衡状态不一致，不选D；
故答案为：C；
（2）反应平衡时，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，据电荷守恒，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸电离平衡常数依据电离方程式写出K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7；
用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数为$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol，
故答案为：$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol．

点评 本题考查化学反应速率影响因素及相关计算、化学平衡的移动原理、平衡常数的相关计算等知识，难度较大．