Question

2．CH₄、CO₂、CO、NaHCO₃、Na₂CO₃等含碳化合物对人类的生产、生活具有重要的意义．
（1）已知：甲烷和一氧化碳的燃烧热（△H ）分别为-890kJ•moL^-1、-283kJ•moL^-1．则CH₄（g）+2CO₂ （g）═4CO（g）+2H₂O
（1）△H=+323 kJ•moL^-1
（2）一定条件下，在密闭容器中发生的反应为CH₄（g）+2CO₂ （g）?2CO（g）+2H₂（g），测得CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图Ⅰ．
①据图1可知，该反应的△H=＞0（填“＞”或“＜”）．
②刚开始向密闭容器通入2.5mol CH₄和4mol CO₂，经过5min在A点达到平衡，若容器的体积为2L，则v（CO）=0.2mol/（L•min）．平衡常数K=$\frac{8}{3}$，在恒温恒容下，再向该体系中通入1.5mol CH₄，2mol CO₂、2mol H₂ 和 2mol CO，化学平衡逆向移动．（填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”）．
（3）①CO和 H₂可以通过反应C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）制取．在恒温恒容下，若从反应物开始建立平衡，则下列能判断该反应达到平衡的是AC．
A．体系压强不再变化
B．CO与H₂的物质的量之比为1：1
C．混合气体的密度保持不变
D．每消耗1mol H₂O（g）的同时生成1mol H₂
②在一定条件下，合成气（CO和H₂）发生如下两个主要反应：
CO（g）+2H₂（g）  CH3OH（g）△H=-90.1kJ•moL^-1；
2CO（g）+4H₂（g） CH30CH₃（g）+H₂0（g）△H=-204.7kJ•moL^-1，
仅根据图2可判断该条件下制取甲醇的最佳温度为290℃．

（4）①图3表示的是Na₂CO₃溶液中各离子浓度的相对大小关系，其中④表示的是HCO₃^-（填微粒符号）
②常温下，CO₃^2-水解反应的平衡常数即水解常数K_h=2×10 ^-4 mol•L^-1，当溶液中c（CH₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1 时，溶液的 pH=10．

Answer 1

分析 （1）根据CH₄和CO的燃烧热写出热化学方程式，再据盖斯定律解答；
（2）①根据定一议二，相同压强下，温度高的甲烷平衡转化率高，说明升高温度，有利于正反应，正反应为吸热反应；
②从图可知，A点的平衡，甲烷的转化率为80%，由三段式得反应平衡时的浓度，再计算v（CO）、K；在恒温恒容下，K不变，计算再向该体系中通入1.5mol CH₄，2mol CO₂、2mol H₂ 和 2mol CO的Qc，与K比较，可知反应方向；
（3）①根据平衡时正逆反应速率相等，各组分含量保持不变分析；制取甲醇的最佳温度应为CO转化率和CH₃0CH₃产率均较高时；
（4）①碳酸钠溶液中碳酸根离子水解溶液呈碱性，碳酸根离子分步水解；
②CO₃^2-水解反应的平衡常数即水解常数K_h=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$，当溶c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1时，根据水解常数计算c（OH^-），由根据水的离子积Kw计算c（H⁺），根据pH=-lgc（H⁺）计算．

解答 解：（1）CH₄和CO的燃烧热分别为809kJ/mol和283kJ/mol，其热化学方程式为：
①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-809kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
据盖斯定律，①-②×4得：CH₄（g）+3CO₂（g）?4CO（g）+2H₂O（g）△H=+323kJ/mol，
故答案为：+323；
（2）①从图可知，相同压强下，温度高的甲烷平衡转化率高，说明升高温度，有利于正反应，正反应为吸热反应，△H＞0；
故答案为：＞；
②向2L密闭容器通入2.5mol CH₄和4mol CO₂，5min在A点的平衡，甲烷的转化率为80%，则
        CH₄（g）+CO₂ （g）?2CO（g）+2H₂（g）
n始：2.5              4                  0            0
n转：2                1                   2            2
n平：0.5             3                    2            2
则v（CO）=$\frac{2mol÷2L}{5min}$=0.2mol/（L•min）；K=$\frac{（2÷2）^{2}×（2÷2）^{2}}{（0.5÷2）×（3÷2）}$=$\frac{8}{3}$；再向该体系中通入1.5mol CH₄，2mol CO₂、2mol H₂ 和 2mol CO，此时2mol CH₄，5mol CO₂、4mol H₂ 和 4mol CO，浓度商Qc=$\frac{（4÷2）^{2}×（4÷2）^{2}}{（2÷2）（5÷2）}$=6.4＞K，所以反应向着逆方向移动；
故答案为：0.2mol/（L•min）；$\frac{8}{3}$；逆向移动；
（3）①反应C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），恒温恒容条件下，
A．反应气体分子数增大，体系压强增大，不再变化时，反应平衡，故A正确；
B．CO与H₂作为产物，生成的物质的量之比始终为为1：1，并不能判断平衡，故B错误；
C．混合气体的质量增大，恒容混合气体的体积不变，密度增大，保持不变时平衡，故C正确；
D．该反应每消耗1mol H₂O（g）的同时生成1mol H₂，不能说明反应平衡，故D错误；
由图2可知CO转化率和CH₃0CH₃产率均较高时的温度为290℃；
故答案为：AC；290℃；
（4）①Na₂CO₃溶液中存在水解平衡CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，溶液呈碱性，溶液中离子浓度大小为C（Na⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞C（HCO₃^-）＞C（H⁺），④为HCO₃^-；
故答案为：HCO₃^-；
②c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1，则K_h=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=2c（OH^-）=2×10 ^-4，c（OH^-）=$\frac{{K}_{h}}{2}$=$\frac{2×1{0}^{-4}}{2}$=1×10 ^-4，c（H⁺）=$\frac{Kw}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$=10^-10，所以pH=-lg10^-10=10；
故答案为：10．

点评 本题考查盖斯定律、化学平衡状态的判断、化学平衡的有关计算、离子浓度大小比较、盐类水解计算等，题目难度较大，综合考查学生分析问题、解决问题的能力，注重能力的考查．