Question

丙烷在燃燒時能放出大量的熱，它也是液化石油氣的主要成分，作為能源應用于人們的日常生產和生活。已知：
①2C₃H₈(g) ＋7O₂(g) = 6CO(g)＋8H₂O(g)  △H = －2389.8 kJ/mol
②2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)             △H = －566 kJ/mol
③H₂O(l) = H₂O(g)    △H =" +" 44.0 kJ/mol
（1）寫出C₃H₈燃燒時燃燒熱的熱化學方程式                                            。
（2）C₃H₈在不足量的氧氣里燃燒，生成CO、CO₂、H₂O(g)，將所有的產物通入一個體積固定的密閉
容器中，在一定條件下發生如下可逆反應： CO(g) +  H₂O(g)CO₂(g) +  H₂(g)
該反應的平衡常數與溫度的關系如下表：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數K	9.94	9	1

 
保持溫度為800℃，在甲、乙兩個恒容密閉容器中，起始時按照下表數據進行投料，充分反應直至達到平衡。

	H2O	CO	CO2	H2
甲 （質量/g）	1.8	8.4	a	1
乙 （質量/g）	1.8	2.8	0	0

 
①起始時，要使甲容器中反應向正反應方向進行，則a的取值范圍是                 ；達到平衡
時，乙容器中CO的轉化率為        。
②如圖表示上述甲容器中反應在t₁時刻達到平衡，在t₂時刻因改變某一個條件而發生變化的情況。則t₂時刻改變的條件可能是                            、                   （答兩個要點即可）。

（3）CO₂可用NaOH溶液吸收得到Na₂CO₃或NaHCO₃。
① Na₂CO₃溶液中離子濃度由大到小的順序為　　          　　　　　　　　   　　　　　；
② 已知25℃時，H₂CO₃的電離平衡常數K₁ = 4.4×10^-7 mol/L、K₂ = 4.7×10^-11 mol/L，當Na₂CO₃溶液的pH為11時， 溶液中c(HCO₃^-)∶c(CO₃^2-) =            。
③ 0.1 mol/L Na₂CO₃溶液中c(OH^-) － c(H⁺ ) =                        [用含c(HCO₃^－)、c(H₂CO₃)的符號表示]。

Answer 1

（1）C₃H₈(g) ＋5O₂(g) = 3CO₂(g)＋4H₂O(l)  △H = －2219.9 kJ/mol
（2）① 0 ≤a ＜2.64   ；   50%   
② 降低溫度、降低H₂濃度、增大H₂O(g)濃度
（3）①c(Na⁺) > c(CO₃^2-) > c(OH^-) > c(HCO₃^-) > c(H⁺)
② 1 : 4.7
③c(HCO₃^-) + 2c(H₂CO₃)

試題分析：（1）燃燒熱是1mol的物質完全燃燒產生穩定的氧化物時所放出熱量的化學方程式。將（①+②×3- ③×8）÷2，整理可得：C₃H₈(g)＋5O₂(g) =3CO₂(g)＋4H₂O(l)  △H =－2219.9 kJ/mol。（2）①該反應是個反應前后氣體體積相等的反應。在800℃時化學平衡常數為1.對于甲來說，在反應開始時，若CO₂的質量為0，則反應一定正向進行，n(H₂O)="0.1mol;" n(CO)="0.3mol;" n(CO₂)="a/44mol," n(H₂)=0.5mol.）若要使反應正向進行。起始時，則；。解得0<a<2.64.
對于乙來說：開始時n(H₂O)=0.1mol;n(CO)="0.1mol" ;n(CO₂)="0" ;n(H₂)=0;假設在反應的過程中CO轉化的物質的量為x,則在平衡時各種物質的物質的量為：n(H₂O)="(0.1-x)mol;" n(CO)="(0.1-x)mol" ; %n(CO₂)=xmol;n(H₂)=xmol。由于該反應是反應前后氣體體積相等的反應，而且在800℃時的平衡常數為1.所以(0.1-x)×(0.1-x)=x².解得x=0.05mol.所以CO的轉化率為0.05÷0.1×100%=50%。②由化學平衡常數以溫度的關系可知：升高溫度，化學平衡產生減小。說明升高溫度，化學平衡向逆反應方向移動。根據平衡移動原理，升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動。逆反應方向為吸熱反應，所以該反應的正反應為放熱反應。由于在平衡后改變某一條件，時，c(CO₂)增大，c(CO)減小，所以改變外界條件使平衡正向移動，可以通過降低溫度的方法來實現。因為反應前后氣體的體積相等，所以改變壓強，化學平衡不發生移動。若增大H₂O蒸汽的濃度或減小H₂的濃度都會使化學平衡正向移動。因此改變的外界條件是降低溫度、降低H₂濃度、增大H₂O(g)濃度。（3）①Na₂CO₃是強堿弱酸鹽。Na₂CO₃=2Na⁺+CO₃^2-，CO₃^2-會發生水解反應：CO₃^2-+ H₂OHCO₃^-+ OH^-消耗水電離產生的H⁺，促進水的電離。產生的HCO₃^-會繼續水解：HCO₃^-+ H₂OH₂CO₃+ OH^-。當最終達到平衡時c(OH^-)> c(HCO₃^-) >c(H⁺) .所以在Na₂CO₃溶液中離子濃度由大到小的順序為c(Na⁺) > c(CO₃^2-) > c(OH^-) > c(HCO₃^-) > c(H⁺)。②HCO₃^-H⁺+ CO₃^2- .；；。③Na₂CO₃溶液顯堿性，根據質子守恒可得c(OH^-)=c(H⁺ )(始) = c(H⁺ )+ c(HCO₃^-)+2(H₂CO₃)。所以c(OH^-)-c(H⁺ ) = c(HCO₃^-)+2(H₂CO₃)。