Question

14．以下是一些物质的熔沸点数据（常压）：

	钠	Na2CO3	金刚石	石墨
熔点（℃）	97.8	851	3550	3850
沸点（℃）	882.9	1850（分解产生CO2）	----	4250

中国科学家用金属钠和CO₂在一定条件下制得了金刚石：4Na+3CO₂?2Na₂CO₃+C（s，金刚石）
完成下列填空：
（1）若反应在常压、890℃下进行，写出该反应的平衡常数表达式$\frac{1}{{c}^{4}（Na）×{c}^{3}（C{O}_{2}）}$．
（2）请写出一条既能提高反应速率又能提高转化率的方法：增大压强
（3）890℃，下列关于该反应的说法正确的是b（选填序号）．
a．容器内气体的平均式量不再变化，则反应一定达到平衡
b．容器内固体质量不再变化，则反应一定达到平衡
c．反应起始至平衡，气体的密度不断增大
d．反应起始至平衡，容器内的压强不断增大
（4）890℃，若该反应在10L密闭容器、常压下进行，反应4h，固体质量增加56克，则二氧化碳的反应速率为0.35mol/（L•h）
（5）若温度由890℃升高到1860℃，则容器内气体的平均相对分子质量将增大（选填“增大”“减小”“不变”），
（6）若反应后要得到纯净的金刚石，请写出必要的实验操作步骤．冷却后，将反应后容器中的固体取出，加水溶解、过滤、洗涤固体并烘干，可得纯净的金刚石
（7）在此反应中，同时还会有石墨生成，已知：C（s，石墨）?C（s，金刚石）-1.9KJ，若升高温度，生成的碳单质中，金刚石的含量将增大（选填“增大”“减小”“不变”）．等物质的量的石墨和金刚石中，化学键的数目较多的是金刚石．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
（2）升高温度、增大压强等可以加快反应速率，同时提高转化率，应是平衡正向移动；
（3）a．容器内气体只有钠蒸汽、二氧化碳，若起始时二者物质的量之比为4：3，且二者按4：3反应，气体的平均式量为定值；
b．容器内固体质量不再变化，说明金刚石的质量不变；
c．气体的质量减小，若容器容积不变，气体的密度不断减小；
d．气体的物质的量减小，若容器容积不变，容器内的压强不断减小；
（4）固体质量增加56克，则金刚石的质量为56g，根据方程式计算参加反二氧化碳物质的量，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂）；
（5）若温度由890℃升高到1860℃，碳酸钠分解生成二氧化碳，混合气体中二氧化碳的含量增大，容器内气体的平均相对分子质量增大；
（6）将产物冷却后，用水溶解，过滤除去碳酸钠，再洗涤干燥可得纯净的金刚石；
（7）石墨转化为金刚石为吸热反应，升高温度有利于石墨转化为金刚石；
石墨中每个C原子与周围碳原子形成3个C-C键，而金刚石中每个C原子与周围的4个C原子形成4个C-C键．

解答 解：（1）若反应在常压、890℃下进行，钠为气体，4Na+3CO₂?2Na₂CO₃+C（s，金刚石）的平衡常数表达式K=$\frac{1}{{c}^{4}（Na）×{c}^{3}（C{O}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{1}{{c}^{4}（Na）×{c}^{3}（C{O}_{2}）}$；
（2）正反应为气体体积减小的反应，增大压强可以加快反应速率，且平衡正向移动，同时提高转化率，
故答案为：增大压强；
（3）a．容器内气体只有钠蒸汽、二氧化碳，若起始时二者物质的量之比为4：3，且二者按4：3反应，气体的平均式量为定值，故a错误；
b．容器内固体质量不再变化，说明金刚石的质量不变，反应到达平衡，故b正确；
c．气体的质量减小，若容器容积不变，气体的密度不断减小，故c错误；
d．气体的物质的量减小，若容器容积不变，容器内的压强不断减小，故d错误，
故选：b；
（4）固体质量增加56克，则金刚石的质量为56g，其物质的量为$\frac{56g}{12g/mol}$=$\frac{14}{3}$mol，由方程式可知参加反二氧化碳物质的量为$\frac{14}{3}$mol×3=14mol，故v（CO₂）=$\frac{\frac{14mol}{10L}}{4h}$=0.35 mol/（L•h），
故答案为：0.35；
（5）若温度由890℃升高到1860℃，碳酸钠分解生成二氧化碳，混合气体中二氧化碳的含量增大，容器内气体的平均相对分子质量增大，
故答案为：增大；
（6）冷却后，将反应后容器中的固体取出，加水溶解、过滤、洗涤固体并烘干，可得纯净的金刚石，
故答案为：冷却后，将反应后容器中的固体取出，加水溶解、过滤、洗涤固体并烘干，可得纯净的金刚石；
（7）石墨转化为金刚石为吸热反应，升高温度有利于石墨转化为金刚石，金刚石的含量将增大；
石墨中每个C原子与周围碳原子形成3个C-C键，而金刚石中每个C原子与周围的4个C原子形成4个C-C键，等物质的量的石墨和金刚石中，金刚石含有的化学键的数目较多，
故答案为：增大；金刚石．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应速率计算、平衡常数、物质的提纯、晶体结构等，是对学生综合能力的考查，难度中等．