Question

4．化學原理在化學中占有很重要的部分．請按要求回答問題：
Ⅰ、在工業(yè)上常用CO和H₂合成甲醇，反應方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0
（1）能說明該反應已達平衡狀態(tài)的是CD（填字母）．
A．單位時間內(nèi)生成1mol CH₃OH（g）的同時消耗了1mol CO（g）
B．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變
C．在絕熱恒容的容器中，反應的平衡常數(shù)不再變化
D．在恒溫恒壓的容器中，氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化
（2）在T₁℃時，體積為2L的恒容容器中充入物質(zhì)的量之和為3mol的H₂和CO，反應達到平衡時CH₃OH的體積分數(shù)（V%）與$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$的關系如圖1所示．
①當起始$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2，經(jīng)過5min達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.6，則0～5min內(nèi)平均反應速率v（H₂）=0.12mol/（L•min）．
若此時再向容器中加入CO（g）和CH₃OH（g）各0.4mol，達新平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率將增大（選填“增大”、“減小”或“不變”）；
②當$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=3.5時，達到平衡狀態(tài)后，CH₃OH的體積分數(shù)可能是圖象中的F點（選填“D”、“E”或“F”）．

Ⅱ、（1）已知碳酸H₂CO₃，K₁=4.3×10^-7，K₂=5.6×10^-11，草酸H₂C₂O₄，K₁=5.9×10^-2，K₂=6.4×10^-5．若將
等濃度的草酸溶液和碳酸溶液等體積混合，溶液中各種離子濃度大小的順序正確的是AC．
A．c （H⁺）＞c （HC₂O₄^-）＞c （HCO₃^-）＞c （CO₃^2-）
B．c （HCO₃^-）＞c （HC₂O₄^-）＞c （C₂O₄^2-）＞c （CO₃^2-）
C．c （H⁺）＞c （HC₂O₄^-）＞c （C₂O₄^2-）＞c （CO₃^2-）
D．c （H₂CO₃）＞c （HCO₃^-）＞c （HC₂O₄^-）＞c （CO₃^2-）
（2）一定量CO₂溶于NaOH溶液中恰好得到25mL0.1000mol/LNa₂CO₃溶液，在常溫下用0.1000mol/L的鹽酸對其進行滴定，所得滴定曲線如圖2所示．下列有關滴定過程中所得溶液相關微粒的濃度關系正確的是BC．
A．a(chǎn)點：c（CO₃^2-）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）
B．b點：5c（Cl^-）＞4c（HCO₃^-）+4c（CO₃^2-）
C．c點：c（OH^-）+c（CO₃^2-）=c（H⁺）+c（H₂CO₃）
D．d點：c（H⁺）=c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）
Ⅲ、已知常溫下0.1mol•L^-1的HCOONa溶液pH=10，則HCOOH的電離常數(shù)K_a=1.0×10^-7．

Answer 1

分析 （1）可逆反應到達平衡是，同種物質(zhì)的正、逆速率相等（不同物質(zhì)的正、逆速率之比等于期末化學計量數(shù)之比），各組分的含量、濃度等保持不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行由變化到不再變化說明到達平衡；
（2）①由CO與氫氣總物質(zhì)的量、與$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2可以計算CO與氫氣各自的物質(zhì)的量，利用三段式計算平衡時各組分物質(zhì)的量、各組分物質(zhì)的量變化量，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂）；
先計算該溫度下平衡常數(shù)K，再計算濃度商Qc，與平衡常數(shù)K相比判斷反應進行分析，可以確定氫氣轉(zhuǎn)化率變化；
②混合比例等于化學計量數(shù)之比時，平衡時生成物的含量最大；
Ⅱ、（1）根據(jù)電離常數(shù)可知草酸的酸性強于碳酸，則碳酸鈉的水解程度大于草酸鈉，等濃度草酸溶液和碳酸溶液中，氫離子濃度較大的是草酸，
草酸的二級電離常數(shù)均大于碳酸的，所以草酸的電離程度大于碳酸，且碳酸以第一步電離為主，因此溶液中c （H⁺）＞c （HC₂O₄^-）＞c （C₂O₄^2-）＞c （HCO₃^-）＞c （CO₃^2-）；
（2）A．a(chǎn)點n（HCl）=0.1000mol/L×0.0125L=0.00125mol，n（Na₂CO₃）=0.1000mol/L×0.025L=0.0025mol，反應生成0.00125molNaHCO₃，剩余0.00125molNa₂CO₃，NaCl為0.00125mol，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子；
B．b點時n（HCl）=0.1mol/L×0.02L=0.002mol，n（Na₂CO₃）=0.1000mol/L×0.025L=0.0025mol，由物料守恒可知5c（Cl^-）=4c（HCO₃^-）+4c（CO₃^2-）+4c（H₂CO₃）；
C．c點時n（HCl）=0.1mol/L×0.025L=0.0025mol，恰好完全反應生成NaHCO₃，根據(jù)質(zhì)子守恒得c（OH^-）+c（CO₃^2-）=c（H⁺）+c（H₂CO₃）；
D．d點n（HCl）=0.1000mol/L×0.050L=0.005mol，為碳酸鈉物質(zhì)的量的二倍，二者反應方程式為 Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+CO₂+H₂O，溶液中的溶質(zhì)為NaCl，會溶解部分二氧化碳，根據(jù)質(zhì)子恒等式可判斷；
Ⅲ、計算水解平衡常數(shù)Kh，再根據(jù)Ka=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{h}}$計算．

解答 解：（1）A．單位時間內(nèi)生成1mol CH₃OH（g）的同時消耗了1mol CO（g），均表示正反應速率，反應始終按該比例關系進行，單位時間內(nèi)生成1mol CH₃OH（g）的同時生成了1mol CO（g）可以說明到達平衡，故A錯誤；
B．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積恒定，容器內(nèi)混合氣體的密度始終保持不變，故B錯誤；
C．在絕熱恒容的容器中，隨反應進行溫度發(fā)生變化，平衡常數(shù)也隨之發(fā)生變化，當反應的平衡常數(shù)不再變化時說明反應到達平衡，故C正確；
D．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應進行混合氣體總物質(zhì)的量增大，則氣體的平均摩爾質(zhì)量進行，當氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化時，說明反應到達平衡，故D正確，
故選：CD；
（2）①H₂和CO總共為3mol，且起始$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2，可知H₂為2mol、CO為1mol，5min達到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為0.6，則：
                     CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol）：1          2                  0
變化（mol）：0.6      1.2                  0.6
平衡（mol）：0.4      0.8                0.6
容器的容積為2L，則v（H₂）=$\frac{\frac{1.2mol}{2L}}{5min}$=0.12mol/（L．min），該溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{0.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{0.8}{2}）^{2}}$，此時再向容器中加入CO（g）和CH₃OH（g）各0.4mol，此時濃度商Qc=$\frac{\frac{0.6+0.4}{2}}{\frac{0.4+0.4}{2}×（\frac{0.8}{2}）^{2}}$＜K=$\frac{\frac{0.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{0.8}{2}）^{2}}$，反應向正反應進行，達新平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率將增大，
故答案為：0.12mol/（L．min）；增大；
②混合比例等于化學計量數(shù)之比時，平衡時生成物的含量最大，故當$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=3.5時，達到平衡狀態(tài)后，CH₃ OH的體積分數(shù)小于C點，故選F；
Ⅱ、（1）根據(jù)電離常數(shù)可知草酸的酸性強于碳酸，則碳酸鈉的水解程度大于草酸鈉，所以0.1 mol/L Na₂CO₃溶液的pH大于0.1 mol/L Na₂C₂O₄溶液的pH，
草酸的酸性強于碳酸，則等濃度草酸溶液和碳酸溶液中，氫離子濃度較大的是草酸，
草酸的二級電離常數(shù)均大于碳酸的，所以草酸的電離程度大于碳酸，且碳酸以第一步電離為主，因此溶液中c （H⁺）＞c （HC₂O₄^-）＞c （C₂O₄^2-）＞c （HCO₃^-）＞c （CO₃^2-），則AC正確，BD錯誤．
故答案為：AC；
（2）A．a(chǎn)點n（HCl）=0.1000mol/L×0.0125L=0.00125mol，n（Na₂CO₃）=0.1000mol/L×0.025L=0.0025mol，反應生成0.00125molNaHCO₃，剩余0.00125molNa₂CO₃，NaCl為0.00125mol，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子，c（HCO₃^-）＞c（Cl^-）＞c（CO₃^2-），故A錯誤；
B．b點時n（HCl）=0.1mol/L×0.02L=0.002mol，n（Na₂CO₃）=0.1000mol/L×0.025L=0.0025mol，由物料守恒可知5c（Cl^-）=4c（HCO₃^-）+4c（CO₃^2-）+4c（H₂CO₃），則5c（Cl^-）＞4c（HCO₃^-）+4c（CO₃^2-），故B正確；
C．c點時n（HCl）=0.1mol/L×0.025L=0.0025mol，恰好完全反應生成NaHCO₃，根據(jù)質(zhì)子守恒得c（OH^-）+c（CO₃^2-）=c（H⁺）+c（H₂CO₃），故C正確；
D．d點n（HCl）=0.1000mol/L×0.050L=0.005mol，為碳酸鈉物質(zhì)的量的二倍，二者反應方程式為 Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+CO₂+H₂O，溶液中的溶質(zhì)為NaCl，會溶解部分二氧化碳，根據(jù)質(zhì)子恒等式可知，c（H⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），故D錯誤；
故選：BC；
Ⅲ、常溫下，0.1mol/L的HCOONa溶液pH為10，溶液中存在HCOO-水解HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-，故K_h=$\frac{1{0}^{-4}×1{0}^{-4}}{0.1-1{0}^{-4}}$=10^-7，則HCOOH的電離常數(shù)Ka=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{h}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-7}}$=1×10^-7，故答案為：1.0×10^-7．

點評 本題綜合性較大，涉及反應熱計算、化學平衡狀態(tài)判斷、化學平衡圖象與化學平衡有關計算、平衡常數(shù)、氧化還原反應等，屬于拼合型題目，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力．