Question

7．一氧化碳在催化劑作用下能與H₂、H₂O、烯、炔等反應，是制備有機物的重要原料．工業上將CO和H₂的混合氣體在一定條件下可合成甲醇．
（1）已知在某溫度和壓強下：
①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₁kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂kJ•mol^-1
③2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃kJ•mol^-1
則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=$\frac{△{H}_{1}+2△{H}_{2}-△{H}_{3}}{2}$kJ•mol^-1
（2）在一定溫度下，若將10molCO和20molH₂放入2L的密閉容器中，達平衡后測得CO的轉化率為40%，則該反應的平衡常數為$\frac{1}{54}$或1.85×10^-2；若此時再向該容器中投入10molCO、20molH₂和10molCH₃OH，判斷平衡移動的方向是正向移動（填“正向移動”、“逆向移動”或“不移動”）；新平衡與原平衡相比，CO的物質的量分數減小（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（3）一定條件下，CO可與粉末狀的氫氧化鈉作用生成甲酸鈉．
①常溫時，甲酸的電離平衡常數Ka=1.70×10^-4，甲酸鈉的水溶液呈堿性，請用離子反應方程式表示其原因HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-，0.1mol/L的甲酸鈉溶液pH約為8.4（已知：lg17≈1.23，計算結果保留一位小數）
②向20ml 0.1mol/L的甲酸鈉溶液中小心滴加10ml 0.1mol/L的鹽酸，混合液呈酸性，請按由大到小的順序給溶液中離子濃度排序C（Na⁺）＞C（HCOO^-）＞C（Cl^-）＞C（H⁺）＞C（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律計算反應熱；
（2）平衡時容器中c（CO）=$\frac{10mol×（1-40%）}{2L}$=3mol/L，根據CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）知，c（H₂）=$\frac{20mol-10mol×40%×2}{2L}$=6mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{10mol×40%}{2L}$=2mol/L，根據平衡常數公式計算其平衡常數；根據濃度商與平衡常數相對大小判斷反應移動方向，從而確定CO物質的量分數變化；
（3）①甲酸鈉是強堿弱酸鹽，甲酸根離子水解導致甲酸鈉溶液呈堿性；
水解平衡常數K=$\frac{c（O{H}^{-}）．c（HCOOH）}{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a}}$，據此計算c（OH^-）及溶液的pH；
②向20ml 0.1mol/L的甲酸鈉溶液中小心滴加10ml 0.1mol/L的鹽酸，溶液中溶質為等物質的量濃度甲酸鈉、甲酸和NaCl，混合液呈酸性，說明甲酸電離程度大于甲酸根離子水解程度，結合電荷守恒判斷離子濃度大小．

解答 解：（1）①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₁kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂kJ•mol^-1
③2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃kJ•mol^-1
則將方程式$\frac{①+2②-③}{2}$得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=$\frac{△{H}_{1}+2△{H}_{2}-△{H}_{3}}{2}$，
故答案為：$\frac{△{H}_{1}+2△{H}_{2}-△{H}_{3}}{2}$；
（2）平衡時容器中c（CO）=$\frac{10mol×（1-40%）}{2L}$=3mol/L，根據CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）知，c（H₂）=$\frac{20mol-10mol×40%×2}{2L}$=6mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{10mol×40%}{2L}$=2mol/L，化學平衡常數K=$\frac{2}{3×{6}^{2}}$=$\frac{1}{54}$或1.85×10^-2；
加入這些物質時c（CO）=3mol/L+$\frac{10mol}{2L}$=8mol/L，c（H₂）=6mol/L+$\frac{20mol}{2L}$=16mol/L，c（CH₃OH）=2mol/L+$\frac{10mol}{2L}$=7mol/L，濃度商=$\frac{7}{8×1{6}^{2}}$=0.0034＜K，則平衡正向移動，導致CO的物質的量分數減小，
故答案為：$\frac{1}{54}$或1.85×10^-2；正向移動；減小；
（3）①甲酸鈉是強堿弱酸鹽，甲酸根離子水解導致甲酸鈉溶液呈堿性，水解方程式為HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-；
水解平衡常數K=$\frac{c（O{H}^{-}）．c（HCOOH）}{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a}}$，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1{0}^{-14}×0.1}{1.7×1{0}^{-4}}}$mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{\sqrt{\frac{1{0}^{-14}×0.1}{1.7×1{0}^{-4}}}}$，溶液的pH=-lg$\frac{1{0}^{-14}}{\sqrt{\frac{1{0}^{-14}×0.1}{1.7×1{0}^{-4}}}}$=8.4，
故答案為：HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-；8.4；
②向20ml 0.1mol/L的甲酸鈉溶液中小心滴加10ml 0.1mol/L的鹽酸，溶液中溶質為等物質的量濃度甲酸鈉、甲酸和NaCl，混合液呈酸性，C（H⁺）＞C（OH^-），說明甲酸電離程度大于甲酸根離子水解程度，結合電荷守恒判斷離子濃度大小順序為C（Na⁺）＞C（HCOO^-）＞C（Cl^-）＞C（H⁺）＞C（OH^-），
故答案為：C（Na⁺）＞C（HCOO^-）＞C（Cl^-）＞C（H⁺）＞C（OH^-）．

點評 本題考查較綜合，涉及離子濃度大小比較、溶液pH計算、化學平衡時計算、蓋斯定律等知識點，綜合性較強，側重考查學生分析計算能力，注意三段式法的靈活運用，難點是鹽類水解中pH的計算，題目難度中等．