Question

20．碳及其化合物在自然界中和人类活动中发挥着重要的作用．回答下列问题：
（1）已知常温下，几种弱酸的电离常数如表：

弱酸化学式	CH3COOH	HCN	H2CO3
电离常数	1.8×10-5	4.9×10-10	K1=4.3×10-7 K2=5.6×10-11

①等物质的量浓度的CH₃COONa、NaCN、Na₂CO₃三种溶液的pH分别为pH₁、pH₂、pH₃，则三者由大到小的顺序为pH₃＞pH₂＞pH₁
②0.4mol•L^-1的CH₃COOH溶液与0.2mol•L^-1的NaOH溶液等体积混合后，所得溶液中c（H⁺）＞c（OH^-）（填“＞”“＜”或“=”，下同）c（CH₃COOH）＜c（CH₃COO^-）
（2）工业生产中用可溶性的碳酸盐浸取石膏固体，写出浸取过程中发生反应的离子方程式：CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃+SO₄^2-；已知常温时${K}_{sp}（CaC{O}_{3}）=2.80×1{0}^{-9}$，${K}_{sp}（CaS{O}_{4}）=4.9×1{0}^{-5}$，则此温度下该离子反应的平衡常数K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$
（3）雾霾袭城的日子越来越多，其中对雾霾“贡献”较大的物质之一是氮氧化物，CH₄催化还原可消除氮氧化物的污染．  已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
现采集NO₂与NO的体积比为1：3的样品，用标准状况下22.4L的CH₄处理该样品，恰好完全反应（已知生成物全部为气态）并放出1042.8kJ的热量，则△H₂₌-1160kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）①根据酸的电离常数进行分析判断，电离常数越大，对应盐的水解程度越小，溶液的pH越小；
②反应后为等浓度的CH₃COOH溶液和CH₃COONa溶液，醋酸电离程度大于CH₃COO^-水解程度，故c（CH₃COO^-）＞c（CH₃COOH ），溶液呈酸性有c（H⁺）＞c（OH^-）；
（2）溶度积较大的物质可转化为溶度积较小的物质，平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值；
（3）相同条件下，气体的体积之比等于物质的量之比，所以一混合气体中NO与NO₂的体积比为3：1，则物质的量之比为3：1，设NO、NO₂的物质的量分别是3xmol、xmol，n（CH₄）=$\frac{22.4L}{22.4L/mol}$=1mol，
NO₂完全反应需要n（CH₄）=$\frac{1}{4}$×xmol=0.25xmol，同时生成n（NO）=n（NO₂）=xmol，则总的n（NO）=4xmol，
NO完全反应需要n（CH₄）=xmol，
xmol+0.25xmol=1mol，x=0.8，则NO、NO₂的物质的量分别是2.4mol、0.8mol，
NO₂完全反应放出的热量为（$\frac{574}{4}×0.8$）kJ，
NO完全反应放出的热量=$\frac{3.2△{H}_{2}}{4}$，据此计算△H₂．

解答 解：（1）①根据图表数据分析，电离常数：醋酸＞HCN＞碳酸氢根离子，所以等浓度的NaCN溶液、Na₂CO₃溶液、CH₃COONa溶液水解程度为：Na₂CO₃溶液＞NaCN溶液＞CH₃COONa溶液，故溶液的pH为：Na₂CO₃溶液＞NaCN溶液＞CH₃COONa溶液；故答案为：pH₃＞pH₂＞pH₁；
②反应后为等浓度的CH₃COOH溶液和CH₃COONa溶液，醋酸电离程度大于CH₃COO^-水解程度，故c（CH₃COO^-）＞c（CH₃COOH ），溶液呈酸性有c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案为：＞；＜；
（2）石膏悬浊液中加入碳酸盐溶液后发生反应的离子方程式为CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃+SO₄^2-，此温度下该离子反应的平衡常数K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$，
故答案为：CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃+SO₄^2-；$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$；
（3）相同条件下，气体的体积之比等于物质的量之比，所以一混合气体中NO与NO₂的体积比为3：1，则物质的量之比为3：1，设NO、NO₂的物质的量分别是3xmol、xmol，n（CH₄）=$\frac{22.4L}{22.4L/mol}$=1mol，
NO₂完全反应需要n（CH₄）=$\frac{1}{4}$×xmol=0.25xmol，同时生成n（NO）=n（NO₂）=xmol，则总的n（NO）=4xmol，
NO完全反应需要n（CH₄）=xmol，
xmol+0.25xmol=1mol，x=0.8，则NO、NO₂的物质的量分别是2.4mol、0.8mol，
NO₂完全反应放出的热量为（$\frac{574}{4}×0.8$）kJ，
NO完全反应放出的热量=$\frac{3.2△{H}_{2}}{4}$kJ，
放出的总热量=（$\frac{574}{4}×0.8$）kJ+$\frac{3.2△{H}_{2}}{4}$kJ=1042.8kJ，
则△H₂=-1160kJ/mol，
依据盖斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
故答案为：-1160kJ/mol．

点评 本题考查弱电解质的电离、氧化还原反应的计算、盖斯定律等知识点，侧重考查基本理论、计算能力，注意平衡常数K计算时要用浓度而不是物质的量，注意（1）中二氧化氮生成的NO也参加反应，很多同学往往漏掉生成的NO而导致错误，为易错点．