Question

Ⅰ、CO和H₂的混合氣體俗稱合成氣，是一種重要的工業(yè)原料氣，焦炭、天然氣（主要成分為CH₄）、重油、煤在高溫下均可與水蒸氣反應(yīng)制得合成氣．
（1）已知某反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

c(H2)?c(CO)

c(H2O)

它所對應(yīng)的化學(xué)方程式為：

 

．
（2）向體積為2L的密閉容器中充入CH₄和H₂O（g）組成的混合氣（共1mol），在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，并達(dá)到平衡狀態(tài)，測得溫度、壓強(qiáng)、投料比X〔

n(CH4)

n(H2O)

〕對該反應(yīng)的影響如圖所示．

①圖1中的兩條曲線所示投料比的關(guān)系X₂

 

X₁（填“=”“＞”或“＜”下同）．
②圖2中兩條曲線所示的壓強(qiáng)比的關(guān)系：P₂

 

P₁．
（3）以CH₄、O₂為原料可設(shè)計成燃料電池：
①設(shè)裝置中盛有150.0mL 1.0mol/L KOH溶液，放電時參與反應(yīng)的氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為4.48L，假設(shè)放電過程中沒有氣體逸出，則放電完畢后，所得溶液中各離子濃度由大到小的關(guān)系為：

 

．
②以H₂SO₄溶液代替KOH溶液為電解質(zhì)溶液，將CH₄改為C₆H₁₂O₆，則燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為：

 

．
Ⅱ、（1）某溫度（t℃）時，測得0.01mol?L^-1的NaOH溶液的pH=11．在此溫度下，將pH=2的H₂SO₄溶液V_aL與pH=12的NaOH溶液V_bL混合，若所得混合液為中性，則V_a：V_b=

 

．
（2）在25℃時，將cmol?L^-1的醋酸溶液與0.02mol?L^-1NaOH溶液等體積混合后溶液剛好呈中性，用含c的代數(shù)式表示CH₃COOH的電離常數(shù)K_a=

 

．

Answer 1

考點：體積百分含量隨溫度、壓強(qiáng)變化曲線,pH的簡單計算

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）化學(xué)平衡常數(shù)指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時，各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫方程式；
（2）①碳水比

n(CH4)

n(H2O)

值越大，平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化率越低，含量越高；
②根據(jù)壓強(qiáng)對平衡移動影響，結(jié)合圖象分析解答；
（3）①計算氧氣的物質(zhì)的量，進(jìn)而計算生成二氧化碳的物質(zhì)的量，根據(jù)n（KOH）與n（CO₂）比例關(guān)系判斷反應(yīng)產(chǎn)物，進(jìn)而計算溶液中電解質(zhì)物質(zhì)的量，結(jié)合鹽類水解與電離等判斷；
②依據(jù)原電池的原理分析判斷，失電子的做負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；反應(yīng)中C₆H₁₂O₆失電子生成氫離子，注意電解質(zhì)溶液是酸溶液；
Ⅱ、（1）c（H⁺）×c（OH^-）=Kw，混合溶液呈中性，且硫酸和氫氧化鈉都是強(qiáng)電解質(zhì)，所以酸中氫離子物質(zhì)的量和堿中氫氧根離子的物質(zhì)的量相等；
（2）根據(jù)電荷守恒可知c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（Na⁺）+c（H⁺），溶液顯中性時c（OH^-）=c（H⁺），故c（CH₃COO^-）=c（Na⁺），根據(jù)溶液的pH值計算溶液中c（H⁺），根據(jù)鈉離子濃度計算c（CH₃COO^-），利用物料守恒計算溶液中c（CH₃COOH），溶液中存在平衡CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺，代入CH₃COOH的電離常數(shù)表達(dá)式K_a=

c(CH3COO-)×c(H+)

C(CH3COOH)

計算；

解答： 解：Ⅰ、（1）平衡表達(dá)式為：K=

C(H2)?C(CO)

C(H2O)

，生成物為CO、H₂，反應(yīng)物含有H₂O，三者化學(xué)計量數(shù)分別為1、1、1，根據(jù)元素守恒，故另一反應(yīng)物為固體C，反應(yīng)中它所對應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）；
①碳水比

n(CH4)

n(H2O)

值越大，平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化率越低，含量越高，故x₂＜x₁，故答案為：＜；
②該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡時甲烷的含量增大，故p₂＜p₁，故答案為：＜；
（3）①參與反應(yīng)的氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為4.48L，物質(zhì)的量為

4.48L

22.4L/mol

=0.2mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，生成二氧化碳為

0.2mol×4

8

=0.1mol，n（KOH）=0.15L×1.0mol?L^-1=0.15mol，n（KOH）：n（CO₂）=0.15mol：0.1mol=3：2，發(fā)生發(fā)生2CO₂+3KOH=K₂CO₃+KHCO₃+H₂O，溶液中碳酸根水解，碳酸氫根的水解大于電離，溶液呈堿性，故c（OH^-）＞c（H⁺），碳酸根的水解程度大于碳酸氫根，故c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），鉀離子濃度最大，水解程度不大，碳酸根濃度原大于氫氧根離子，故c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
②原電池中失電子的做負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；在硫酸溶液中，C₆H₁₂O₆失電子生成氫離子，反應(yīng)為C₆H₁₂O₆-24e^-+6H₂O=6CO₂+24H⁺，
故答案為：C₆H₁₂O₆-24e^-+6H₂O=6CO₂+24H⁺；
Ⅱ、（1）0.01mol?L^-1  的NaOH溶液的pH=11，則c（H⁺）=10^-11 mol/L，氫氧化鈉是強(qiáng)堿，完全電離，所以氫氧根離子濃度等于氫氧化鈉濃度=0.01mol/L，則Kw=c（H⁺）×c（OH^-）=10^-11×10^-2=1.0×10^-13，混合溶液呈中性，且硫酸和氫氧化鈉都是強(qiáng)電解質(zhì)，所以酸中氫離子物質(zhì)的量和堿中氫氧根離子的物質(zhì)的量相等，pH=12的NaOH溶液中氫氧根離子濃度=10 ^12-13mol/L=0.1mol/L，pH=2的H₂SO₄溶液氫離子濃度=10^-2 mol/L，
0.01 mol/L×V_aL=0.1mol/L×V_bL，則V_a：V_b=10：1，
故答案為：10：1；
（2）根據(jù)電荷守恒可知c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（Na⁺）+c（H⁺），溶液顯中性時c（OH^-）=c（H⁺），故c（CH₃COO^-）=c（Na⁺），溶液中c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中c（CH₃COO^-）=c（Na⁺）=

1

2

×0.02mol?L^-1=0.01mol?L^-1，故混合后溶液中c（CH₃COOH）=

1

2

×cmol?L^-1-0.01mol?L^-1=（0.5c-0.01）mol/L，CH₃COOH的電離常數(shù)K_a=

10-7×0.01

0.5c-0.01

=

2×10-9

c-0.02

，
故答案為：

2×10-9

c-0.02

．

點評：本題綜合性較大，涉及化學(xué)平衡圖象、化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡計算、原電池、化學(xué)計算、離子濃度比較等，為高考常見題型，注意把握化學(xué)平衡的影響因素以及圖象、數(shù)據(jù)的分析能力的培養(yǎng)，題目難度較大．