Question

5．如圖1是某煤化工產業鏈的一部分，試運用所學知識，解決下列問題：

（1）已知該產業鏈中某反應的平衡常數表達式為K=$\frac{C（{H}_{2}）．C（CO）}{C（{H}_{2}O）}$，它所對應反應的化學方程式是C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）．
（2）合成甲醇的主要反應是2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1，t℃下此反應的平衡常數為160．此溫度下，在密閉容器中開始只加入CO、H₂，反應10min后測得各組分的濃度如下：

物質	H2	CO	CH3OH
濃度（mol•L-1）	0.2	0.1	0.4

①該時間段內反應速率v（H₂）=0.08mol•L^-1•min^-1．
②比較此時正、逆反應速率的大小：v_正＞v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
③某溫度下反應時H₂的平衡轉化率（a）與體系總壓強（P）的關系如圖1所示．則平衡狀態由A變到B時，平衡常數K（A）=K（B） （填“＞”、“＜”或“=”）；
（3）一定條件下甲醇與一氧化碳反應可以合成乙酸．通常狀況下，將amol/L的乙酸與bmol/LBa（OH）₂溶液等體積混合，反應平衡時，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），用含a和b的代數式表示該混合溶液中乙酸的電離常數為$\frac{2b×1{0}^{-7}}{a-2b}$．

Answer 1

分析 （1）根據元素守恒、原子守恒知，反應物中還有碳單質參加反應，據此書寫可逆反應方程式；
（2）①先計算甲醇的反應速率，再根據同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比計算氫氣反應速率；
②先計算濃度商，再根據濃度商與平衡常數相對大小判斷反應方向，從而確定正逆反應速率相對大小；
③化學平衡常數只與溫度有關，溫度不變，化學平衡常數不變；
（3）通常狀況下，將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba（OH）₂溶液等體積混合，溶液中溶質為醋酸鋇和氫氧化鋇，反應平衡時，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸電離平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）．c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$．

解答 解：（1）根據元素守恒、原子守恒知，反應物中還有碳單質參加反應，該反應方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）①由表中數據可知，l0min內甲醇的濃度變化量為0.4mol/L，故氫氣的濃度變化量為0.4mol/L×2=0.8mol/L，故v（H₂）=$\frac{0.8mol/L}{10min}$=0.08mol/（L•min），
故答案為：0.08 mol•L^-1•min^-1；
②由表中數據可知，10min時氫氣的濃度為0.2mol/L、CO的濃度為0.1mol/L、甲醇的濃度為0.4mol/L，則此時的濃度商Qc=$\frac{0.4}{0．{2}^{2}×0.1}$=100，小于平衡常數160，故反應向正反應方向進行，故V_正＞V_逆，故答案為：＞；
③化學平衡常數只與溫度有關，溫度不變，化學平衡常數不變，二者溫度相同所以其化學平衡常數相等，故答案為：=；
（3）通常狀況下，將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba（OH）₂溶液等體積混合，溶液中溶質為醋酸鋇和氫氧化鋇，反應平衡時，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸電離平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）．c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b×1{0}^{-7}}{a-2b}$，
故答案為：$\frac{2b×1{0}^{-7}}{a-2b}$．

點評 本題考查化學平衡有關計算、弱電解質的電離等知識點，側重考查學生分析計算能力，注意化學平衡常數只與溫度有關，與壓強及物質濃度都無關，注意（3）題二者混合時混合溶液體積增大導致溶質濃度降低，為易錯點．