Question

【题目】碳及其化合物在能源、材料等方面具有广泛的用途。回答下列问题：

（1）天然气是目前应用较为广泛的能源之一，天然气中除含主要成分甲烷外，还含有乙烷、丙烷等，乙烷的电子式为 。

（2）碳酸和草酸均为二元弱酸，其电离均为分步电离，二者的电离常数如下表：

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

①向碳酸钠溶液中滴加少量草酸溶液所发生反应的离子方程式为 。

②浓度均为0.1 mol·L1的Na2CO3溶液、NaHCO3溶液、Na2C2O4溶液、NaHC2O4溶液，其溶液中H+浓度分别记作c1、c2、c3、c4。则四种溶液中H+浓度由大到小的顺序为 。

（3）常温时，C和CO的标准燃烧热分别为394.0 kJ·mol1、283.0 kJ·mol1，该条件下C转化为CO的热化学方程式为 。

（4）氢气和一氧化碳在一定条件下可合成甲醇，反应如下：

2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH=Q kJ·mol1

①该反应在不同温度下的化学平衡常数(K)如下表：

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

由此可判断Q (选填“ >”或“<”)0。

②一定温度下，将6 mol H2和2 mol CO充入体积为2 L的密闭容器中，10 min反应达到平衡状态，此时测得c(CO)=0.2 mol·L1，该温度下的平衡常数K= ，0~10 min内反应速率v(CH3OH)= 。

③在两个密闭容器中分别都充入20 mol H2和10 mol CO，测得一氧化碳的平衡转化率随温度(T)、压强(p)的变化如图所示：

A、B两点的压强大小关系：p1 (选填“ >”、“=”或“<”)p2。若A点对应容器的容积为20 L，则B点对应容器的容积为 L。

Answer 1

【答案】（1）

（2）①H2C2O4+22+ ②c4>c3>c2>c1

（3）2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH=222.0 kJ·mol1

（4）①< ②2.041 L2·mol2 0.08 mol·L1·min1 ③< 4

【解析】本题考查物质性质与化学反应原理，意在考查考生对化学理论知识的综合应用能力。 （1）乙烷为共价化合物，其中H原子核外达到2电子稳定状态，C原子核外为8电子稳定状态，故其电子式为。

（2）①的酸性比H2CO3强，若草酸过量，则生成二氧化碳，但该题中草酸为少量，故反应生成和。②由碳酸和草酸的两步电离常数可知酸性强弱顺序为H2C2O4>>H2CO3>，酸性越弱，其对应的强碱盐水解程度越大，盐溶液的碱性越强，c(H+)越小，故浓度均为0.1 mol·L1的Na2CO3溶液、NaHCO3溶液、Na2C2O4溶液、NaHC2O4溶液中c(H+)逐渐增大，即c4>c3>c2>c1。

（3）由已知C和CO的标准燃烧热数据可写出其热化学方程式：①C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH=394.0 kJ·mol1、②CO(g)+O2(g) CO2(g) ΔH=283.0 kJ·mol1，根据盖斯定律，由(①②)×2可得：2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH=(394.0 kJ·mol1+283.0 kJ·mol1)×2=222.0 kJ·mol1。

（4）①由表格中的平衡常数数据可知，温度越高，平衡常数越小，即升高温度，平衡逆向移动，故正反应为放热反应，即Q<0。②由题意可知，平衡时c(H2)=1.4 mol·L1，c(CO)=0.2 mol·L1，c(CH3OH)=0.8 mol·L1，则K=≈2.041 L2·mol2，v(CH3OH)=0.8 mol·L1÷10 min=0.08 mol·L1·min1。③由图示可知B处的转化率高于A处，而已知反应为增大压强平衡正向移动的反应，因此压强p1<p2。达平衡状态A时，CO的转化率为0.5，此时CO为5 mol，H2为10 mol，CH3OH为5 mol；达平衡状态B时，CO的转化率为0.8，此时CO为2 mol，H2为4 mol，CH3OH为8 mol。由于温度相同，化学平衡常数相同。设V(B)为V L，则=，解得V=4。