Question

2．CH₄、CO₂、CO、NaHCO₃、Na₂CO₃等含碳化合物對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)、生活具有重要的意義．
（1）已知：甲烷和一氧化碳的燃燒熱（△H ）分別為-890kJ•moL^-1、-283kJ•moL^-1．則CH₄（g）+2CO₂ （g）═4CO（g）+2H₂O
（1）△H=+323 kJ•moL^-1
（2）一定條件下，在密閉容器中發(fā)生的反應(yīng)為CH₄（g）+2CO₂ （g）?2CO（g）+2H₂（g），測(cè)得CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖Ⅰ．
①據(jù)圖1可知，該反應(yīng)的△H=＞0（填“＞”或“＜”）．
②剛開(kāi)始向密閉容器通入2.5mol CH₄和4mol CO₂，經(jīng)過(guò)5min在A點(diǎn)達(dá)到平衡，若容器的體積為2L，則v（CO）=0.2mol/（L•min）．平衡常數(shù)K=$\frac{8}{3}$，在恒溫恒容下，再向該體系中通入1.5mol CH₄，2mol CO₂、2mol H₂ 和 2mol CO，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)．（填“正向移動(dòng)”“逆向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”）．
（3）①CO和 H₂可以通過(guò)反應(yīng)C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）制取．在恒溫恒容下，若從反應(yīng)物開(kāi)始建立平衡，則下列能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的是AC．
A．體系壓強(qiáng)不再變化
B．CO與H₂的物質(zhì)的量之比為1：1
C．混合氣體的密度保持不變
D．每消耗1mol H₂O（g）的同時(shí)生成1mol H₂
②在一定條件下，合成氣（CO和H₂）發(fā)生如下兩個(gè)主要反應(yīng)：
CO（g）+2H₂（g）  CH3OH（g）△H=-90.1kJ•moL^-1；
2CO（g）+4H₂（g） CH30CH₃（g）+H₂0（g）△H=-204.7kJ•moL^-1，
僅根據(jù)圖2可判斷該條件下制取甲醇的最佳溫度為290℃．

（4）①圖3表示的是Na₂CO₃溶液中各離子濃度的相對(duì)大小關(guān)系，其中④表示的是HCO₃^-（填微粒符號(hào)）
②常溫下，CO₃^2-水解反應(yīng)的平衡常數(shù)即水解常數(shù)K_h=2×10 ^-4 mol•L^-1，當(dāng)溶液中c（CH₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1 時(shí)，溶液的 pH=10．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)CH₄和CO的燃燒熱寫(xiě)出熱化學(xué)方程式，再據(jù)蓋斯定律解答；
（2）①根據(jù)定一議二，相同壓強(qiáng)下，溫度高的甲烷平衡轉(zhuǎn)化率高，說(shuō)明升高溫度，有利于正反應(yīng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
②從圖可知，A點(diǎn)的平衡，甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，由三段式得反應(yīng)平衡時(shí)的濃度，再計(jì)算v（CO）、K；在恒溫恒容下，K不變，計(jì)算再向該體系中通入1.5mol CH₄，2mol CO₂、2mol H₂ 和 2mol CO的Qc，與K比較，可知反應(yīng)方向；
（3）①根據(jù)平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，各組分含量保持不變分析；制取甲醇的最佳溫度應(yīng)為CO轉(zhuǎn)化率和CH₃0CH₃產(chǎn)率均較高時(shí)；
（4）①碳酸鈉溶液中碳酸根離子水解溶液呈堿性，碳酸根離子分步水解；
②CO₃^2-水解反應(yīng)的平衡常數(shù)即水解常數(shù)K_h=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$，當(dāng)溶c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1時(shí)，根據(jù)水解常數(shù)計(jì)算c（OH^-），由根據(jù)水的離子積Kw計(jì)算c（H⁺），根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計(jì)算．

解答 解：（1）CH₄和CO的燃燒熱分別為809kJ/mol和283kJ/mol，其熱化學(xué)方程式為：
①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-809kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
據(jù)蓋斯定律，①-②×4得：CH₄（g）+3CO₂（g）?4CO（g）+2H₂O（g）△H=+323kJ/mol，
故答案為：+323；
（2）①?gòu)膱D可知，相同壓強(qiáng)下，溫度高的甲烷平衡轉(zhuǎn)化率高，說(shuō)明升高溫度，有利于正反應(yīng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H＞0；
故答案為：＞；
②向2L密閉容器通入2.5mol CH₄和4mol CO₂，5min在A點(diǎn)的平衡，甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，則
        CH₄（g）+CO₂ （g）?2CO（g）+2H₂（g）
n始：2.5              4                  0            0
n轉(zhuǎn)：2                1                   2            2
n平：0.5             3                    2            2
則v（CO）=$\frac{2mol÷2L}{5min}$=0.2mol/（L•min）；K=$\frac{（2÷2）^{2}×（2÷2）^{2}}{（0.5÷2）×（3÷2）}$=$\frac{8}{3}$；再向該體系中通入1.5mol CH₄，2mol CO₂、2mol H₂ 和 2mol CO，此時(shí)2mol CH₄，5mol CO₂、4mol H₂ 和 4mol CO，濃度商Qc=$\frac{（4÷2）^{2}×（4÷2）^{2}}{（2÷2）（5÷2）}$=6.4＞K，所以反應(yīng)向著逆方向移動(dòng)；
故答案為：0.2mol/（L•min）；$\frac{8}{3}$；逆向移動(dòng)；
（3）①反應(yīng)C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），恒溫恒容條件下，
A．反應(yīng)氣體分子數(shù)增大，體系壓強(qiáng)增大，不再變化時(shí)，反應(yīng)平衡，故A正確；
B．CO與H₂作為產(chǎn)物，生成的物質(zhì)的量之比始終為為1：1，并不能判斷平衡，故B錯(cuò)誤；
C．混合氣體的質(zhì)量增大，恒容混合氣體的體積不變，密度增大，保持不變時(shí)平衡，故C正確；
D．該反應(yīng)每消耗1mol H₂O（g）的同時(shí)生成1mol H₂，不能說(shuō)明反應(yīng)平衡，故D錯(cuò)誤；
由圖2可知CO轉(zhuǎn)化率和CH₃0CH₃產(chǎn)率均較高時(shí)的溫度為290℃；
故答案為：AC；290℃；
（4）①Na₂CO₃溶液中存在水解平衡CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，溶液呈堿性，溶液中離子濃度大小為C（Na⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞C（HCO₃^-）＞C（H⁺），④為HCO₃^-；
故答案為：HCO₃^-；
②c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1，則K_h=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=2c（OH^-）=2×10 ^-4，c（OH^-）=$\frac{{K}_{h}}{2}$=$\frac{2×1{0}^{-4}}{2}$=1×10 ^-4，c（H⁺）=$\frac{Kw}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$=10^-10，所以pH=-lg10^-10=10；
故答案為：10．

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、離子濃度大小比較、鹽類(lèi)水解計(jì)算等，題目難度較大，綜合考查學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，注重能力的考查．