Question

按要求完成下列各小题。   
Ⅰ、CO和H₂的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，焦炭、天然气（主要成分为CH₄）、重油、煤在高温下均可与水蒸气反应制得合成气。
（1）已知某反应的平衡常数表达式为： 
它所对应的化学方程式为：                                                。
（2）向体积为2L的密闭容器中充入CH₄和H₂O(g)组成的混合气（共1mol），在一定条件下发生反应，并达到平衡状态，测得温度、压强、投料比X〔n(CH₄)/n(H₂O)〕对该反应的影响如图所示。

①图1中的两条曲线所示投料比的关系X₂ ____ X₁(填“=”“>”或“<”下同)
②图2中两条曲线所示的压强比的关系：P₂ _______P₁
（3）以CH₄、O₂为原料可设计成燃料电池：
①设装置中盛有150.0mL 1.0mol/L KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为4.48L，假设放电过程中没有气体逸出，则放电完毕后，所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为：         
②以H₂SO₄溶液代替KOH溶液为电解质溶液,将CH₄改为C₆H₁₂O₆ ，则燃料电池的负极反应式为：
                。
Ⅱ、（1）某温度(t℃)时，测得0.01mol·L^-1的NaOH溶液的pH＝11。在此温度下，将pH＝2的H₂SO₄溶液V_aL与pH＝12的NaOH溶液V_bL混合，若所得混合液为中性，则V_a︰V_b＝          。
(2)在25℃时，将c mol·L^-1的醋酸溶液与0.02 mol·L^-1NaOH溶液等体积混合后溶液刚好呈中性，用含c的代数式表示CH₃COOH的电离常数K_a=____________________。

Answer 1

（14分毎空2分）
Ⅰ、（1） C（S）+H₂O(g) H₂(g) + CO(g) （可不标状态，不写可逆号0分）
（2）  ①＜ ；②＜
（3）①c(K⁺)＞c(HCO₃^-)＞cCO₃^2-)＞c(OH^-)＞c(H⁺)；②C₆H₁₂O₆－24e^-+6H₂O＝6CO₂＋24H⁺
Ⅱ、（1）10︰1     （2）2×10^-9/（c－0.02）

解析试题分析：Ⅰ、（1）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据平衡常数的表达式可知，该反应的化学方程式是C（S）＋H₂O(g) H₂(g)＋CO(g)。
（2）①根据反应的化学方程式CH₄＋H₂OCO＋3H₂可知，在温度相同时，投料比越大，甲烷的转化率越低，则容器中甲烷的含量越高，所以根据图像1可知，X₂＜X₁。
②根据方程式可知，该反应是体积增大的，所以在投料比相同的条件下，压强越大，甲烷的转化率越小，则甲烷的含量越高，所以根据图 2可知，P₂＜P₁。
（3）①在该燃料电池中，甲烷在负极通入，氧气在正极通入。参加反应的氧气是0.2mol，得到0.8mol电子，所以消耗甲烷的物质的量是0.8mol÷8＝0.1mol，生成CO₂是0.1mol，但溶液中氢氧化钾是0.15mol，所以反应中生成碳酸钾和碳酸氢钾，且二者的物质的量均是0.05mol。由于CO₃^2－的水解程度大于HCO₃^－的水解程度，所以放电后，所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为c(K⁺)＞c(HCO₃^-)＞cCO₃^2-)＞c(OH^-)＞c(H⁺)。
②原电池中负极失去电子，所以葡萄糖在负极放电，电极反应式是C₆H₁₂O₆－24e^-+6H₂O＝6CO₂＋24H⁺。
Ⅱ、（1）某温度(t℃)时，测得0.01mol·L^-1的NaOH溶液的pH＝11，所以该温度下水的离子积常数＝1×10^－13，所以pH＝12的NaOH溶液中OH^－的浓度是0.1mol/L。所得混合液为中性，这说明二者恰好反应，则V_aL×0.01mol/L＝V_bL×0.1mol/L，解得V_a︰V_b＝10︰1。
（2）在25℃时，将c mol·L^-1的醋酸溶液与0.02 mol·L^-1NaOH溶液等体积混合后溶液刚好呈中性，因此根据电荷守恒可知，溶液中c(CH₃COO^－)＝c(Na^＋)＝0.01mol/L，则溶液中c(CH₃COOH)＝（0.5c－0.01）mol/L。又因为溶液中c(H^＋)＝1×10^－7mol/L，所以根据醋酸的电离常数表达式可知K_a＝＝2×10^-9/（c－0.02）。
考点：考查平衡常数、外界条件对平衡状态的影响；原电池原理的音乐；溶液中离子浓度大小比较；以及溶液pH和电离常数的有关计算等