Question

甲醇是一种可再生能源，由CO₂制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：

反应Ⅰ：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)     △H₁=-49.58kJ·mol^-1

反应Ⅱ：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)    △H₂

反应Ⅲ：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)    △H₃=-90.77kJ·mol^-1

回答下列问题：

(1)反应Ⅱ的△H₂=_________________。

(2)反应Ⅲ能够自发进行的条件是_______________(填“较低温度” “较高温度”或“任何温度” )。

(3)恒温，恒容密闭容器中，对于反应Ⅰ，下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是______。

A．混合气体的密度不再变化       B．混合气体的平均相对分子质量不再变化

C．CO₂、H₂、CH₃OH、H₂O的物质的量之比为1：3：1：1

D．甲醇的百分含量不再变化

(4)对于反应Ⅰ，不同温度对CO₂的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法不正确的是__________。

A．其他条件不变，若不使用催化剂，则250℃时CO₂的平衡转化率可能位于M₁

B．温度低于250 ℃时，随温度升高甲醇的产率增大

C．M 点时平衡常数比N点时平衡常数大

D．实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO₂的转化率

(5)已知下列物质在20℃下的K_sp如下，试回答下列问题：

化学式	AgCl	AgBr	AgI	Ag2S	Ag2CrO4
颜色	白色	浅黄色	货色	黑色	红色
Ksp	1.8×10^-10	5.4×10^-13	8.3×10^-17	6.3×10^-50	2.0×10^-12

①20℃时，上述五种银盐饱和溶液中，Ag⁺物质的量浓度由大到小的顺序是____________。

②向BaCl₂溶液中加入AgNO₃和KBr，当两种沉淀共存时c(Br^-)/c(Cl^-)=________________。

③ 测定水体中氯化物的含量，常用标准硝酸银法进行滴定，滴定时，应加入的指示剂是____。   

A.KBr          B．KI          C．K₂S          D．K₂CrO₄

(6)已知25℃时K_sp[Mg(OH)₂]=5.6×10^-12，K_sp[Cu(OH)₂]=2.2×10^-20，K_sp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38，K_sp[Al(OH)₃]=1.1×10^-33。

①在25℃下，向浓度均为0.1 mol·L^-1的AlCl₃和CuCl₂混合溶液中逐滴加入氨水，先生成______________沉淀(填化学式)。

②溶液中某离子物质的量浓度低于1.0×10^-5 mol·L^-1时，可认为已沉淀完全。现向一定浓度的AlCl₃和FeCl₃的混合溶液中逐滴加入氨水，当Fe³⁺刚好完全沉淀时，测定c(Al³⁺)=0.2mol·L^-1。此时所得沉淀中___________(填“还含有”或“不含有”)Al(OH)₃，并请写出计算过程。

Answer

+41.19kJ⋅mol−1 较低温度 BD ABD Ag2CrO4＞AgCl＞AgBr＞AgI＞Ag2S 3×10-3 D Al(OH)3； 不含有

【解析】

(1)反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H1=−49.58kJ⋅mol−1，反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)△H2，反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H3=−90.77kJ⋅mol−1，根据盖斯定律：Ⅱ=Ⅰ−Ⅲ得反应②的△H2=+41.19kJ⋅mol−1；

故答案为+41.19kJ⋅mol−1；

(2)△G=△H−T⋅△S<0时，反应能够自发进行，该反应的△S<0、△H<0，当温度较低时，反应Ⅲ能够自发进行，

故答案为较低温度；

(3)A.由于气体的质量、体积不变，则无论是否达到平衡状态，混合气体的密度都不变化，不能作为判断是否平衡的依据，故A错误；

B. 反应前后气体的物质的量不等，混合气体的平均相对分子质量不再变化，可说明气体的物质的量不再变化，说明达到平衡状态，故B正确；

C. 平衡常数未知，CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1:3:1:1，不能判断是否达到平衡状态，故C错误；

D. 甲醇的百分含量不再变化，可说明达到平衡状态，故D正确。

故答案为BD；

(4)A.化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂的催化效率降低，所以v(M)有可能小于v(N)，故A错误；

B. 温度低于250℃时，随温度升高平衡逆向进行，甲醇的产率减小，故B错误；

C. 升高温度二氧化碳的平衡转化率减小，则升温平衡逆向移动，所以M化学平衡常数大于N，故C正确；

D. 为提高CO2的转化率，平衡正向进行，反应是放热反应，低的温度下进行反应，平衡正向进行，但催化剂的活性、反应速率减小，故D错误；

故答案为ABD；

(5) ① 20℃时，上述五种银盐饱和溶液中，Ag+物质的量浓度可以计算得到：

Ksp(AgCl)=c(Ag+)×c(Cl-)=2.0×10-10，c(Ag+)=≈1.34×10-5mol/L，

Ksp(AgBr)=c(Ag+)×c(Br-)=5.4×10-13，c(Ag+)=≈7.3×10-7mol/L，

Ksp(AgI)=c(Ag+)×c(I-)=8.3×10-17，c(Ag+)=≈9.1×10-9mol/L，

Ksp(Ag2S)=c(Ag+)2×c(S2-)=c(Ag+)2×0.5×c(Ag+)=0.5×c(Ag+)3=，6.3×10-50，c(Ag+)=≈5.01×10-17mol/L；

Ksp(Ag2CrO4)=c(Ag+)2×c(CrO42-)=c(Ag+)2×12×c(Ag+)=12×c(Ag+)3=2.0×10-12，c(Ag+)=≈1.59×10-4mol/L；

所以三种银盐的饱和溶液中，Ag+物质的量浓度由大到小的顺序是：Ag2CrO4＞AgCl＞AgBr＞AgI＞Ag2S；

故答案为Ag2CrO4＞AgCl＞AgBr＞AgI＞Ag2S；

②向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr，当两种沉淀共存时，依据溶度积常数判断AgBr的溶解度小于AgCl溶解度，AgCl+Br-=AgBr+Cl-，=3×10-3，

故答案为3×10-3；

③指示剂的作用是为了准确表示反应达到了终点，所以需要现象明显，同时不能影响反应的正常进行，根据数据可知，饱和时只有Ag2CrO4中的c(Ag+)比AgCl中的c(Ag+)大，说明在AgCl沉淀完全后再产生Ag2CrO4沉淀，其他均在AgCl之前产生沉淀，不能作为指示剂，故选D，

故答案为D；

(6)①根据Al(OH)3、Cu(OH)2的溶度积常数，在25℃下，向浓度均为0.1mol⋅L−1的AlCl3和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水， ，加入相同的浓度的氨水，则Al(OH)3最先析出，

故答案为Al(OH)3；

②Fe3+完全沉淀时，c(OH−)3==4.0×10-33，c(Al3+)c(OH-)3=0.2×4.0×10-33=8×10-34