题目内容

【题目】含碳化合物种类繁多。回答下列问题:

(1)一定温度下,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),已知此温度下,该反应的平衡常数K=16,则平衡时体系中H2的物质的量分数为_________%

(2)在催化剂Ru催化下,CO2H2反应可生成CH4,反应方程式为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。已知H2的体积分数随温度的升高而增加。若温度从300℃升至400℃,重新达到平衡,则v______(增大”“减小不变,下同)v_______,平衡常数K________,转化率α________;若在相同温度时,上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡,各物质的平衡浓度如下表:

c(CO2)/mol/L

c(H2)/mol/L

c(CH4)/mol/L

c(H2O)/mol/L

平衡I

a

b

c

d

平衡II

m

n

x

y

abcdmnxy之间的关系式为_____________

(3)已知相关物质的电离平衡常数如下表:

0.1 mol·L-1Na2CO3溶液的pH_______(大于”“小于等于”)0.1 mol·L-1Na2C2O4溶液的pH

②若将等浓度的草酸溶液和碳酸溶液等体积混合,溶液中粒子浓度大小的顺序正确的是_________(填字母)

a.c(H+)>c(HC2O4-)>c(HCO3-)>c(CO32-) b.c(HCO3-)>c(HC2O4-)>c(C2O42-)>c(CO32-)

c.c(H+)>c(HC2O4-)>c(CO32-)>c(C2O42-) d.c(H2CO3)>c(HCO3-)>c(HC2O4-)>c(CO32-)

【答案】40 增大 增大 减小 减小 大于 a

【解析】

(1)假设反应开始时CO(g)H2O(g)1 mol,反应达到平衡时产生H2的物质的量为x,根据该温度下平衡常数K=16计算x的值,再计算H2的平衡含量;

(2)温度升高,化学反应速率加快;利用温度升高,H2的含量增大判断反应的热效应,再分析温度对平衡常数及物质平衡转化率的影响;平衡常数的定义式书写平衡常数,利用同一温度下的平衡常数相同计算;

(3)根据盐的水解规律分析、比较。

(1) 假设反应开始时CO(g)H2O(g)1 mol,反应达到平衡时产生H2的物质的量为x,根据反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)中物质转化关系可知平衡时n(CO)=n(H2O)=(1-x) moln(CO2)=n(H2)=x mol,该反应是反应前后气体体积相等的反应,所以根据平衡常数的含义可得K==16,解得x=0.8 mol,所以平衡时H2的体积分数为:×100%=40%

(2)对于反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g),已知H2的体积分数随温度的升高而增加,说明升高温度,化学平衡逆向移动。根据平衡移动原理:升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,所以该反应的正反应为放热反应。若温度从300℃升至400℃,温度升高化学反应速率加快,所以重新达到平衡时v增大,v增大,平衡逆向移动,使平衡常数K减小,反应物的转化率α减小。若在相同温度时,上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡,根据各物质的平衡浓度可知平衡I的化学平衡常数K1=,平衡II的化学平衡常数K2=,由于是该反应同一温度下的平衡常数,所以K1= K2,所以

(3)①根据表格数据可知弱酸的电离平衡常数K2H2C2O4>H2CO3Na2CO3Na2C2O4都是强碱弱酸盐,水解使溶液显碱性,由盐的水解规律:谁弱谁水解,谁强显谁性,越弱越水解,可知水解程度Na2CO3>Na2C2O4,所以两种溶液的pHNa2CO3>Na2C2O4

②碳酸H2CO3Ka1=4.3×10-7Ka2=5.6×10-11,草酸H2C2O4Ka1=5.9×10-2Ka2=6.4×10-5,酸性:H2C2O4>H2CO3,根据酸电离平衡常数越大,该酸电离产生的离子浓度越大,溶液中H+是两种酸电离产生,则H+浓度最大,由于酸电离分步进行,电离平衡常数减小,则该酸电离产生的离子浓度也逐渐减小,酸溶液中主要以酸分子存在,分子浓度大于电离产生的离子浓度,酸性强,则电离程度大,所以c(H2CO3)>c(H2C2O4),根据电离平衡常数的大小可以得到离子浓度大小顺序是:c(H+)>c(HC2O4-)>c(HCO3-)>c(C2O42-)>c(CO32-),故合理选项是a

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