Question

I．工業上可用CO生產燃料甲醇。一定條件下發生反應：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)

（1）“圖1”表示反應中能量的變化，曲線   （填“a或b”）表示使用了催化劑；該反應的熱化學方程式為              。
（2）若容器容積不變，下列措施可增大CO平衡轉化率的是_____。

A．升高溫度

B．將CH3OH(g)從體系中分離

C．充入He，使體系總壓強增大

D．再充入1 mol CO和2 mol H2

（3）其他條件不變，請在“圖2”中畫出溫度為T₂（且T₂<T₁）時，CO的平衡轉化率與H₂和CO的起始組成比[n(H₂)/n(CO)]的關系曲線。

II．向BaSO₄沉淀中加入飽和碳酸鈉溶液，充分攪拌，棄去上層清液，如此處理多次，可使BaSO₄全部轉化為BaCO₃，發生的反應可表示為：BaSO₄(s)+CO₃^2－(aq)BaCO₃(s)+SO₄^2－(aq)。
（4）現有0.20 mol BaSO₄，加入1.0L 2.0mol/L的飽和Na₂CO₃溶液處理，假設起始的c(SO₄^2－)≈0，平衡時，K=4.0×10^－2，求達到平衡時發生轉化的BaSO₄的物質的量。（寫出計算過程，計算結果保留2位有效數字）

Answer 1

（16分）
（1）b（1分）   
CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H=－91kJ/mol (3分，方程式含狀態符號正確給1分；反應熱2分，其中單位寫錯扣1分，但結果或符號寫錯不給分，可逆符號也可以寫成等號)
（2）BD（4分，答對1個給2分，但錯選不給分）
（3）如圖（2分，作圖1分，標注1分）

（4）解：設發生轉化的BaSO₄的物質的量為x mol ，則平衡時c(SO₄^2－)為x mol/L
BaSO₄ + CO₃^2－  BaCO₃ + SO₄^2－
起始濃度/mol?L^－1         2.0                 0
變化濃度/mol?L^－1          x                x
平衡濃度/mol?L^－1       2.0－x                x
K== = 4.0×10^－2（2分，單位無寫不扣分）
解得：x = 7.7×10^－2 （或0.077） 即發生轉化的BaSO₄的物質的量為7.7×10^－2 mol。（2分，單位及有效數字錯誤各扣1分）

試題分析：（1）讀圖，反應物能量高于生成物能量，該反應的焓變為－91kJ/mol，曲線b有2個峰，a只有1個峰，且前者的2個峰均低于后者的1個峰，說明b使用了催化劑，將1個化學反應變為2個先后或連續發生的化學反應，且降低了反應的活化能，但是對總反應的焓變無影響，所以該反應的熱化學方程式為CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H=－91kJ/mol；（2）由于正反應是放熱反應，其它條件相同時，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則CO平衡轉化率減小，故A錯誤；甲醇是生成物，從平衡體系移走生成物，減小生成物濃度，平衡向正反應方向移動，反應物平衡轉化率增大，故B正確；由于容器容積不變，雖然充入氦氣增大壓強，但是平衡體系各組分的物質的量、物質的量濃度均不變，所以平衡不能移動，反應物平衡轉化率保持不變，故C錯誤；再充入1molCO和2molH₂，就是增大壓強，由于正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向正反應方向移動，反應物的平衡轉化率增大，故D正確；（3）讀圖，橫坐標表示氫氣和一氧化碳的起始組成比，縱坐標表示CO的平衡轉化率；當氫氣和一氧化碳的起始組成比為0時，CO的平衡轉化率為0；當氫氣和一氧化碳的起始組成比相同且不為零時，由于正反應是放熱反應，降低溫度平衡向正反應方向移動，CO的平衡轉化率增大；當氫氣和一氧化碳的起始組成比增大時，增大氫氣的濃度，平衡向正反應方向移動，CO的平衡轉化率增大；根據上述要點作圖，可以畫出溫度為T₂時，CO的平衡轉化率隨氫氣和一氧化碳的起始組成比變化的示意圖；（4）設硫酸鋇溶解的物質的量為xmol，由于BaSO₄ + CO₃^2－  BaCO₃ + SO₄^2－中各物質的系數之比等于物質的量之比，則碳酸根離子、硫酸根離子的變化物質的量均為xmol，由于飽和碳酸鈉溶液的體積為1L，由于c=n/V，則碳酸根離子、硫酸根離子的變化物質的量濃度均為xmol/L，由此推斷該可逆反應中有關組分的（起始、變化、平衡）濃度，則：
BaSO₄ + CO₃^2－  BaCO₃ + SO₄^2－
起始濃度/mol?L^－1         2.0                 0
變化濃度/mol?L^－1          x                x
平衡濃度/mol?L^－1       2.0－x                x
K== = 4.0×10^－2
解得：x = 7.7×10^－2 （或0.077）
即發生轉化的BaSO₄的物質的量為7.7×10^－2 mol。