Question

2．CH₄、CO₂、CO、NaHCO₃、Na₂CO₃等含碳化合物對人類的生產、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，在密閉容器中發生的反應為CH₄（g）+2CO₂ （g）?2CO（g）+2H₂（g），測得CH₄的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖Ⅰ．
①據圖1可知，該反應的△H=＞0（填“＞”或“＜”）．
②剛開始向密閉容器通入2.5mol CH₄和4mol CO₂，經過5min在A點達到平衡，若容器的體積為2L，則v（CO）=0.2mol/（L•min）．平衡常數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，化學平衡逆向移動．（填“正向移動”“逆向移動”或“不移動”）．
（3）①CO和 H₂可以通過反應C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）制取．在恒溫恒容下，若從反應物開始建立平衡，則下列能判斷該反應達到平衡的是AC．
A．體系壓強不再變化
B．CO與H₂的物質的量之比為1：1
C．混合氣體的密度保持不變
D．每消耗1mol H₂O（g）的同時生成1mol H₂
②在一定條件下，合成氣（CO和H₂）發生如下兩個主要反應：
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大小關系，其中④表示的是HCO₃^-（填微粒符號）
②常溫下，CO₃^2-水解反應的平衡常數即水解常數K_h=2×10 ^-4 mol•L^-1，當溶液中c（CH₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1 時，溶液的 pH=10．

Answer 1

分析 （1）根據CH₄和CO的燃燒熱寫出熱化學方程式，再據蓋斯定律解答；
（2）①根據定一議二，相同壓強下，溫度高的甲烷平衡轉化率高，說明升高溫度，有利于正反應，正反應為吸熱反應；
②從圖可知，A點的平衡，甲烷的轉化率為80%，由三段式得反應平衡時的濃度，再計算v（CO）、K；在恒溫恒容下，K不變，計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，可知反應方向；
（3）①根據平衡時正逆反應速率相等，各組分含量保持不變分析；制取甲醇的最佳溫度應為CO轉化率和CH₃0CH₃產率均較高時；
（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-水解反應的平衡常數即水解常數K_h=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$，當溶c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1時，根據水解常數計算c（OH^-），由根據水的離子積Kw計算c（H⁺），根據pH=-lgc（H⁺）計算．

解答 解：（1）CH₄和CO的燃燒熱分別為809kJ/mol和283kJ/mol，其熱化學方程式為：
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從圖可知，相同壓強下，溫度高的甲烷平衡轉化率高，說明升高溫度，有利于正反應，正反應為吸熱反應，△H＞0；
故答案為：＞；
②向2L密閉容器通入2.5mol CH₄和4mol CO₂，5min在A點的平衡，甲烷的轉化率為80%，則
        CH₄（g）+CO₂ （g）?2CO（g）+2H₂（g）
n始：2.5              4                  0            0
n轉：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，所以反應向著逆方向移動；
故答案為：0.2mol/（L•min）；$\frac{8}{3}$；逆向移動；
（3）①反應C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），恒溫恒容條件下，
A．反應氣體分子數增大，體系壓強增大，不再變化時，反應平衡，故A正確；
B．CO與H₂作為產物，生成的物質的量之比始終為為1：1，并不能判斷平衡，故B錯誤；
C．混合氣體的質量增大，恒容混合氣體的體積不變，密度增大，保持不變時平衡，故C正確；
D．該反應每消耗1mol H₂O（g）的同時生成1mol H₂，不能說明反應平衡，故D錯誤；
由圖2可知CO轉化率和CH₃0CH₃產率均較高時的溫度為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．

點評 本題考查蓋斯定律、化學平衡狀態的判斷、化學平衡的有關計算、離子濃度大小比較、鹽類水解計算等，題目難度較大，綜合考查學生分析問題、解決問題的能力，注重能力的考查．