Question

【題目】碳及其化合物在能源、材料等方面具有廣泛的用途。回答下列問題：

（1）碳酸和草酸（H2C2O4）均為二元弱酸，其電離均為分步電離，二者的電離常數如下表：

	H2CO3	H2C2O4
K1	4.2×107	5.4×102
K2	5.6×1011	5.4×105

①向碳酸鈉溶液中滴加少量草酸溶液所發生反應的離子方程式為_____________。

②濃度均為0.1 mol·L1的Na2CO3溶液、NaHCO3溶液、Na2C2O4溶液、NaHC2O4溶液，其溶液中H+濃度分別記作c1、c2、c3、c4。則四種溶液中H+濃度由大到小的順序為________________。

（2）常溫時，C和CO的標準燃燒熱分別為394.0 kJ·mol1、283.0 kJ·mol1，該條件下C轉化為CO的熱化學方程式為____________________。

（3）氫氣和一氧化碳在一定條件下可合成甲醇，反應如下：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)　ΔH=Q kJ·mol1

①該反應在不同溫度下的化學平衡常數(K)如下表：

溫度/℃	250	300	350
K/L2·mol2	2.041	0.270	0.012

由此可判斷Q______(選填“ >”或“<”)0。

②一定溫度下，將6 mol H2和2 mol CO充入體積為2 L的密閉容器中，10 min反應達到平衡狀態，此時測得c(CO)=0.2 mol·L1，該溫度下的平衡常數K=____，0~10 min內反應速率v(CH3OH)=______。

③在兩個密閉容器中分別都充入20 mol H2和10 mol CO，測得一氧化碳的平衡轉化率隨溫度(T)、壓強(p)的變化如圖所示：

若A點對應容器的容積為20 L，則B點對應容器的容積為____L。

Answer 1

【答案】 H2C2O4+ 22+ c4>c3>c2>c1 2C(s)+O2(g) 2CO(g)　ΔH=222.0 kJ·mol1 < 2.041 L2·mol2 0.08 mol·L1·min1 4

【解析】（1）由圖表可知草酸的一級電離、二級電離均大于碳酸的一級、二級電離，即HC2O4-的酸性比H2CO3強，則向碳酸鈉溶液中滴加少量草酸溶液所發生反應的離子方程式為H2C2O4+ 22+；②由碳酸和草酸的兩步電離常數可知酸性強弱順序為H2C2O4>>H2CO3>，酸性越弱，其對應的強堿鹽水解程度越大，鹽溶液的堿性越強，c(H+)越小，故濃度均為0.1 mol·L-1的Na2CO3溶液、NaHCO3溶液、Na2C2O4溶液、NaHC2O4溶液中c(H+)逐漸增大，即c4>c3>c2>c1；(2)由已知C和CO的標準燃燒熱數據可寫出其熱化學方程式:①C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-394.0 kJ·mol-1、②CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-283.0 kJ·mol-1，根據蓋斯定律，由(①-②)×2可得:2C(s)+O2(g)2CO(g)　ΔH=(-394.0 kJ·mol-1+283.0 kJ·mol-1)×2=-222.0 kJ·mol-1；(3)①由表格中的平衡常數數據可知，溫度越高，平衡常數越小，即升高溫度，平衡逆向移動，故正反應為放熱反應，即Q<0。②由題意可知，平衡時c(H2)=1.4 mol·L-1，c(CO)=0.2 mol·L-1，c(CH3OH)=0.8 mol·L-1，則K=≈2.041 L2·mol-2，v(CH3OH)=0.8 mol·L-1÷10 min=0.08 mol·L-1·min-1span>。③由圖示可知B處的轉化率高于A處，而已知反應為增大壓強平衡正向移動的反應，因此壓強p1<p2。達平衡狀態A時，CO的轉化率為0.5，此時CO為5 mol，H2為10 mol，CH3OH為5 mol；達平衡狀態B時，CO的轉化率為0.8，此時CO為2 mol，H2為4 mol，CH3OH為8 mol。由于溫度相同，化學平衡常數相同。設V(B)為VL，則=，解得V=4。