Question

12．碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一种理想，更是一种值得期待的新的生活方式．在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2molCO₂和3mol H₂，发生的反应为：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-a kJ•mol^-1（a＞0），测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
（1）能说明该反应已达平衡状态的是AB．（选填编号）
A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O
D．该体系中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1，且保持不变
（2）计算该温度下此反应的平衡常数K=0.20．（保留两位有效数字）．若改变条件C（填选项），可使K=1．
A．增大压强   B．增大反应物浓度  C．降低温度  D．升高温度   E．加入催化剂
（3）将2.4g碳在足量氧气中燃烧，所得气体通入100mL 3.0mol/L的氢氧化钠溶液中，完全吸收后，溶液中所含离子浓度由大到小为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）平衡状态的标志可以两个方两去判断，一、是看正逆反应速是否相等，二是各组分的浓度和分数是否随时间的改变而改变；也可以抓住未平衡时是个变量，现在不变说明已经达到平衡状态了，来解决问题；
（2）用三行式来求平衡时的各组分浓度，然后代入平衡常数表达式求解，要注意代入平衡常数表达式是平衡浓度，平衡常数是温度的函数，温度变平衡常数才变，到底如何变，还要看反应的热效应；
（3）2.4g碳是0.2mol，燃烧生成0.2molCO₂，与0.3molNaOH反应的化学方程式为：2CO₂+3NaOH=NaHCO₃+Na₂CO₃+H₂O，生成0.1molNa₂CO₃、0.1molNaHCO₃，在含等物质的量的碳酸钠、碳酸氢钠的溶液中，碳酸根离子水解大于碳酸氢根离子的水解，水解使溶液显碱性，以此来解答．

解答 解：（1）未平衡时是个变量，现在不变说明已经达到平衡状态了，
A．未平衡CO₂的体积分数是个变化的量，现在混合气体CO₂的体积分数保持不变，说明已经平衡了，故A正确；
B．未平衡时混合气体的平均相对分子质量是个变化的量，现在不随时间的变化而变化，说明已经达平衡状态，故B正确；
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，向正方向，同时生成0.4mol H₂O，也向正方向，不能反映正逆反应之间的关系，故C错误；
D．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1，且保持不变，不能说明各自的量不再随时间的变化而变化，故D错误；
故选AB；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始（mol/L） 1        1.5        0        0
变化（mol/L） 0.25     0.75      0.25    0.25
平衡（mol/L） 0.75     0.75     0.25     0.25
所以 K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.75{\;}^{3}}$=0.20，
而平衡常数是温度的函数，只有通过改变温度来改变平衡常数，正反应量放热反应，降低温度，K值变大，变化为1，
故答案为：0.20；C；
（3）2.4g碳是0.2mol，燃烧生成0.2molCO₂，与100mL 3.0mol/L即含有0.3molNaOH反应的化学方程式为：2CO₂+3NaOH=NaHCO₃+Na₂CO₃+H₂O，生成0.1molNa₂CO₃、0.1molNaHCO₃，在含等物质的量的碳酸钠、碳酸氢钠的溶液中，c（Na⁺）最大，碳酸根离子水解大于碳酸氢根离子的水解，则c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），水解使溶液显碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），显性离子大于隐性离子，所以c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），即离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评 本题考查平衡状态的判断、化学平衡的计算、离子浓度大小比较，做题时注意把握影响平衡移动的因素以及平衡常数的有关计算，比较离子浓度大小时应掌握溶液的成分，题目难度中等．