Question

【題目】碳及其化合物在能源、材料等方面具有廣泛的用途。回答下列問題：

（1）碳酸和草酸均為二元弱酸，其電離分為兩步進行，已知其電離常數的有關數據如下表：向Na2CO3溶液中滴加草酸溶液，開始時所發生反應的離子方程式為 。

	H2CO3	H2C2O4
K1	4.2×10-7	5.4×10-2
K2	5.6×10-11	5.4×10-5

（2）常溫時，C和CO的燃燒熱△H分別為－394.0 kJ·mol-1、－283.0 kJ·mol-1，該條件下C轉化為CO的熱化學方程式為 。

（3）氫氣和一氧化碳在一定條件下可合成甲醇，反應如下

2H2(g）＋CO(g）CH3OH(g） △H＝Q kJ·mol-1。

①該反應在不同溫度下的化學平衡常數(K）如下表：

溫度(℃）	250	300	350
K(L2·mol-1）	2.041	0.270	0.012

由此可判斷Q 0(填“＞”、“＝”或“＜”）

②一定溫度下，將6 mol H2和2mol CO充入到體積為2 L的密閉容器中，10 min時反應達到平衡狀態，此時測得c(CO）＝0.2 mol·L-1，該溫度下的平衡常數K＝ 。0～10 min內，反應速率v(CH3OH）＝ 。

③在兩個密閉容器中分別都充入20 mol H2和10 mol CO，測得一氧化碳的平衡轉化率隨溫度(T）、壓強(p）的變化如下圖所示：

A、B兩點壓強大小關系：p1 p2(填“＞”、“＝”或“＜”）。若A點對應容器的容積為20 L，則B點對應的容器的容積為 L。

Answer 1

【答案】（1）H2C2O4+2CO32-=2HCO3-+C2O42-(2分）

（2）2C(g）+O2(g）=2CO(g） △H=-222.0kJ·mol-1(2分）

（3）①<(1分） ②2.041L2·mol-2(2分） 0.08mol·L-1·min-1(2分）③<(1分）4(2分）

【解析】

試題分析：（1）由圖表可知草酸的一級電離、二級電離均大于碳酸的一級、二級電離，即HC2O4-的酸性比H2CO3強，則向Na2CO3溶液中滴加草酸溶液，開始時所發生反應的離子方程式為H2C2O4+2CO32-=2HCO3-+C2O42-；

（2）①C(s）+O2(g）═CO2(g）；△H=-394kJ/mol

②CO(g）+1/2O2(g）=CO2(g）△H=-283.0kJ/mol

依據蓋斯定律，①-②得可得：C燃燒生成CO的熱化學方程式為：

C(s）+1/2O2(g）=CO (g）△H=-111.kJ/mol，

即：2C(g）+O2(g）—2CO(g） △H=-222.0kJ·mol-1；

（3）①溫度升高，平衡常數減小，可知反應逆向進行，說明正反應為放熱反應，即Q＜0；②10 min時反應達到平衡狀態，此時測得c(CO）＝0.2 mol·L-1，則CO的變化濃度為2mol/2L-0.2 mol·L-1=0.8mol/L，可知H2的變化濃度為1.6mol/L，CH3OH的變化濃度為0.8mol/L，平衡時H2的濃度為6mol/2L-1.6mol/L=1.4mol/L，則該溫度下的平衡常數K＝c(CH3OH）÷[c(CO）×c2(H2）]=0.8÷(0.2×1.42）=2.041，0～10 min內，反應速率v(CH3OH）＝c(CH3OH）÷10min=0.08mol·L-1·min-1；

③正反應方向為氣體體積減小的方向，T1℃時比較CO的轉化率，轉化率越大，則壓強越大，圖象中PB轉化率大于PA，可知PA＜PB；

③A、B兩容器溫度相同，即化學平衡常數相等，且B點時CO的轉化率為0.8，

則 CO(g）+2H2(g）CH3OH(g）

起始(mol）：10 20 0

轉化(mol）：8 16 8

平衡(mol）：2 4 8

設體積為VL，則有K==4，V=4L。