Question

1．请你利用所学反应原理知识解决下列问题：
（1）若已知两个反应：
①C（s）+2H₂（g）=CH₄（g）△H₁=a kJ•mol^-1；
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H₂=b kJ•mol^-1；
则2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=2（b-a）kJ•mmol^-1（用含a、b的式子表示）；
（2）碱性镁锰干电池是新开发的一种干电池，比普通锌锰干电池具有更加优越的性能，具有较大应用前景，其工作时总反应为：Mg+2MnO₂+H₂O=Mg（OH）₂+Mn₂O₃；则工作时，正极发生还原反应（填反应类型），写出负极的电极反应式：Mg+2OH^--2e^-=Mg（OH）₂；
（3）在一定温度下1L的密闭容器放入足量草酸钙（固体所占体积忽略不计）发生反应：CaC₂O₄（s）═CaO（s）+CO（g）+CO₂（g），若前5min 内生成CaO的质量为11.2g，则该段时间内v（CO）=0.04mol•L^-1•min^-1；若某时刻达到平衡时c（CO₂）=c；t₀时刻，将容器体积缩小为原来的一半并固定不变，在t₁时刻再次达到平衡，请在图中画出t₀以后此体系中CO₂的浓度随时间变化的图象；
（4）某温度下数据：草酸（H₂C₂O₄）的K₁=5.4×10^-2，K₂=5.4×10^-5；醋酸的K=1.75×10^-5；碳酸的 K₁=4.2×10^-7，K₂=4.5×10^-11；K_sp（CaC₂O₄）=5.0×10^-9；K_sp（CaCO₃）=2.5×10^-9
①用醋酸溶液鉴别CaC₂O₄和CaCO₃两种白色固体的实验现象是一种固体溶解同时产生气泡逸出，另一种固体无现象；
②向0.6mol/L的Na₂CO₃溶液中加入足量 CaC₂O₄粉末后（忽略溶液体积变化），充分搅拌，发生反应：CO₃^2-（aq）+CaC₂O₄（s）?CaCO₃（s）+C₂O₄^2-（aq），静置后沉淀转化达到平衡，求此时溶液中的c（C₂O₄^2-）（不考虑其他诸如水解之类副反应，写出计算过程）．

Answer 1

分析 （1）由盖斯定律可知，②×2-①×2得2CH₄（g）+O₂（g）═2CO（g）+4H₂（g）以此计算△H；
（2）正极是MnO₂得到电子发生还原反应生成Mn₂O₃，负极镁失电子生成的镁离子和氢氧根结合生成氢氧化镁沉淀；
（3）前5min 内生成CaO的质量为11.2g，n（CO）=n（CaO）=$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，则v（CO）=$\frac{0.2mol}{1L•5min}$=0.04mol•L^-1•min^-1；温度不变，平衡常数不变，t₀时刻，将容器体积缩小为原来的一半并固定不变，c（CO₂）=2c，在t₁时刻再次达到平衡时，c（CO₂）=c，作图即可；
（4）①醋酸的酸性大于碳酸的酸性，小于草酸的酸性，故醋酸与CaC₂O₄不反应，与CaCO₃反应有气泡逸出；
②该反应的K=$\frac{c（C{\;}_{2}{O}_{4}{\;}^{2-}）}{c（CO{\;}_{3}{\;}^{2-}）}$=$\frac{c（C{\;}_{2}O{\;}_{4}{\;}^{2-}）c（Ca{\;}^{2+}）}{c（CO{\;}_{3}{\;}^{2-}）c（Ca{\;}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaC{\;}_{2}O{\;}_{4}）}{Ksp（CaCO{\;}_{3}）}$=$\frac{5.0×10{\;}^{-9}}{2.5×10{\;}^{-9}}$=2.0，设c（CO₃^2-）转化了x，则生成c（C₂O₄^2-）=x，剩余c（CO₃^2-）=（0.6-x），结合K的表达式计算．

解答 解：（1）①C（s）+2H₂（g）═CH₄（g）△H₁=a kJ•mol^-1；
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₂=b kJ•mol^-1；
依据盖斯定律：②×2-①×2得2CH₄（g）+O₂（g）═2CO（g）+4H₂（g）△H=2（b-a）kJ•mmol^-1；
故答案为：2（b-a）kJ•mmol^-1；
（2）正极是MnO₂得到电子发生还原反应生成Mn₂O₃，负极镁失电子生成的镁离子和氢氧根结合生成氢氧化镁沉淀，Mg-2e^-+2OH^-=Mg（OH）₂，
故答案为：还原；Mg+2OH^--2e^-=Mg（OH）₂；
（3）前5min 内生成CaO的质量为11.2g，n（CO）=n（CaO）=$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，则v（CO）=$\frac{0.2mol}{1L•5min}$=0.04mol•L^-1•min^-1；温度不变，平衡常数不变，t₀时刻，将容器体积缩小为原来的一半并固定不变，c（CO₂）=2c，在t₁时刻再次达到平衡时，c（CO₂）=c，作图如下：，
故答案为：0.04mol•L^-1•min^-1；；
（4）①醋酸的酸性大于碳酸的酸性，小于草酸的酸性，故醋酸与CaC₂O₄不反应，与CaCO₃反应有气泡逸出；
故答案为：一种固体溶解同时产生气泡逸出，另一种固体无现象；
②该反应的K=$\frac{c（C{\;}_{2}{O}_{4}{\;}^{2-}）}{c（CO{\;}_{3}{\;}^{2-}）}$=$\frac{c（C{\;}_{2}O{\;}_{4}{\;}^{2-}）c（Ca{\;}^{2+}）}{c（CO{\;}_{3}{\;}^{2-}）c（Ca{\;}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaC{\;}_{2}O{\;}_{4}）}{Ksp（CaCO{\;}_{3}）}$=$\frac{5.0×10{\;}^{-9}}{2.5×10{\;}^{-9}}$=2.0，
设c（CO₃^2-）转化了x，则生成c（C₂O₄^2-）=x，剩余c（CO₃^2-）=（0.6-x），
可得方程：$\frac{x}{（0.6-x）}$=2.0，解得x=0.4 mol•L?¹；
答：此时溶液中的c（C₂O₄^2-）为0.4 mol•L?¹．

点评 本题考查盖斯定律、原电池原理的应用、弱酸的性质等知识，综合性较强，难度中等．