Question

14．高爐煤氣為煉鐵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，主要成分為CO、CO₂、N₂等，其中CO含量約占25%左右．
（1）研究表明，由CO可以直接合成多種化工產(chǎn)品，如生產(chǎn)甲醇．
已知：2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1kJ•mol^-1．則CO（g）燃燒熱為283 kJ•mol^-1．
（2）人體中肌紅蛋白（Mb）與血紅蛋白（Hb）的主要功能為運輸氧氣與二氧化碳．肌紅蛋白（Mb）可以與小分子X（如氧氣或一氧化碳）結合，反應方程式為：Mb（aq）+X（g）?MbX（aq）
①通常用p 表示分子X 的壓力，p₀ 表示標準狀態(tài)大氣壓，若X 分子的平衡濃度為$\frac{p}{{p}_{0}}$，寫出上述反應的平衡常數(shù)表達式：K=$\frac{c（MbX）{P}_{0}}{c（Mb）P}$．請用$\frac{p}{{p}_{0}}$及K 表示吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）占總肌紅蛋白的比例．
②在常溫下，肌紅蛋白與CO 結合反應的平衡常數(shù)K（CO）遠大于與O₂結合的平衡常數(shù)K（O₂），如圖能代表結合率（f）與此兩種氣體壓力（p）的關系的是C

③人體中的血紅蛋白（Hb）同樣能吸附O₂、CO₂和H⁺，相關反應方程式及其化學平衡常數(shù)分別是：
Ⅰ．Hb（aq）+H+（aq）?HbH+（aq）；K₁
Ⅱ．HbH+（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H+；K₂
Ⅲ．Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）K₃
Ⅳ．HbO₂（aq）+H+（aq）+CO₂（g）?Hb（H+）CO₂（aq）+O₂（g）；△H₄
則K₃=K₁•K₂（用K₁、K₂表示），若低溫下反應Ⅳ能自發(fā)進行，則該反應△H＜0，△S＜  0（填“＞”“＜”或“=”）
（3）CO₂的處理 方法有多種，將少量CO₂氣體通入石灰乳中充分反應，達到平衡后，測得溶液中c（OH^-）=cmol/L，則c（CO₃^2-）=$\frac{a{c}^{2}}$mol/L（用含a、b、c的代數(shù)式表示）．（已知K_ap（CaCO₃）=a，K_ap[Ca（OH）₂]=b）

Answer 1

分析 （1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1kJ•mol^-1．
蓋斯定律③-②+①×$\frac{1}{2}$計算CO（g）燃燒熱；
（2）①化學平衡常數(shù)是指一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度系數(shù)之冪的積與反應物濃度系數(shù)之冪的積比值，吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）的個數(shù)等于生成MbX的個數(shù)，由k=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{{P}_{0}}}$可得c（Mb）=$\frac{c（MbX）}{K\frac{P}{{P}_{0}}}$，吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）占總肌紅蛋白的比例等于$\frac{c（MbX）}{c（Mb）+c（MbX）}$=$\frac{c（MbX）}{\frac{c（MbX）}{K}\frac{P}{{P}_{0}}+c（MbX）}$=$\frac{K\frac{P}{{P}_{0}}}{K\frac{P}{{P}_{0}}+1}$；
②增大壓強，平衡正向移動，因此無論是CO還是O₂，隨著壓強的增大，結合率（f）都是逐漸增大．在常溫下，肌紅蛋白與CO結合反應的平衡常數(shù)K_（CO）遠大于與O₂結合的平衡常數(shù)K（O₂），說明肌紅蛋白與CO的結合能力比其與O₂的結合能力強，所以相同壓強條件下，肌紅蛋白與CO的結合率（f）更大；
③已知：①Hb（aq）+H⁺（aq）?HbH⁺（aq）；△H₁，K₁
②HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H⁺；△H₂，K₂
由蓋斯定律可知：①+②可得Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）△H，
因此△H=△H₁+△H₂，K=K₁•K₂；
反應Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq），△S＜0，由△G=△H₃-T•△S＜0自發(fā)可知，低溫下反應③能自發(fā)進行，說明△H₃＜0；
（3）將少量CO₂氣體通入石灰乳中充分反應，達到平衡后發(fā)生的反應為：Ca²⁺+CO₃^2-?CaCO₃+2OH^-，平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$×$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Ca（OH）_{2}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$，據(jù)此計算碳酸根離子濃度．

解答 解：（1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1kJ•mol^-1．
蓋斯定律③-②+①×$\frac{1}{2}$計算CO（g）燃燒熱的熱化學方程式為：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1．
故答案為：283；
（2）①Mb（aq）+X（g）?MbX（aq）的化學平衡常數(shù)K=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）+c（MbX）}$=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{{P}_{0}}}$=$\frac{c（MbX）{P}_{0}}{c（Mb）P}$；
吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）的個數(shù)等于生成MbX的個數(shù)，由k=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{{P}_{0}}}$可得c（Mb）=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{{P}_{0}}}$，吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）占總肌紅蛋白的比例等于$\frac{c（MbX）}{c（Mb）+c（MbX）}$=$\frac{c（MbX）}{\frac{c（MbX）}{K}\frac{P}{{P}_{0}}+c（MbX）}$=$\frac{K\frac{P}{{P}_{0}}}{K\frac{P}{{P}_{0}}+1}$=$\frac{PK}{PK+1}$；
故答案為：$\frac{c（MbX）{P}_{0}}{c（Mb）P}$；$\frac{PK}{PK+1}$；
②對于Mb（aq）+X（g）?MbX（aq），增大壓強，平衡正向移動，因此無論是CO還是O₂，隨著壓強的增大，結合率（f）都是逐漸增大．在常溫下，肌紅蛋白與CO結合反應的平衡常數(shù)K_（CO）遠大于與O₂結合的平衡常數(shù)K（O₂），說明肌紅蛋白與CO的結合能力比其與O₂的結合能力強，所以相同壓強條件下，肌紅蛋白與CO的結合率（f）更大，因此C圖象符合，
故選C，
故答案為：C；
③已知：①Hb（aq）+H⁺（aq）?HbH⁺（aq）；△H₁，K₁
②HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H⁺；△H₂，K₂
由蓋斯定律可知：①+②可得Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）△H，
因此△H=△H₁+△H₂，K=K₁•K₂；
反應Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq），△S＜0，由△G=△H₃-T•△S＜0自發(fā)可知，低溫下反應③能自發(fā)進行，說明△H₃＜0；
故答案為：K₁•K₂；＜；＜；
（3）將少量CO₂氣體通入石灰乳中充分反應，達到平衡后發(fā)生的反應為：Ca²⁺+CO₃^2-?CaCO₃+2OH^-，平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$×$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Ca（OH）_{2}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$，達到平衡后，測得溶液c（OH^-）=c mol•L^-1，則c（CO₃^2-）=$\frac{a{c}^{2}}$mol/L，
故答案為：$\frac{a{c}^{2}}$．

點評 本題考查了化學平衡常數(shù)的計算、化學平衡的移動、反應熱的計算、化學反應進行的方向等問題，綜合性很強，題目難度中等，題干素材涉及生物知識，很好的考查了學生化學反應原理的掌握水平．