Question

5．一氧化碳在催化劑作用下能與H₂、H₂O、烯、炔等反應(yīng)，是制備有機(jī)物的重要原料．工業(yè)上將CO和H₂的混合氣體在一定條件下可合成甲醇．
（1）已知在某溫度和壓強(qiáng)下：
①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₁kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂kJ•mol^-1
③2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃kJ•mol^-1
則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=$\frac{△{H}_{1}+2{H}_{2}-△{H}_{3}}{2}$kJ•mol^-1
（2）在一定溫度下，若將10molCO和20molH₂放入2L的密閉容器中，達(dá)平衡后測(cè)得CO的轉(zhuǎn)化率為40%，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為1.85×10^-2；若此時(shí)再向該容器中投入10molCO、20molH₂和10molCH₃OH，判斷平衡移動(dòng)的方向是正向移動(dòng)（填“正向移動(dòng)”、“逆向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”）；新平衡與原平衡相比，CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“不變”或“減小”）．
（3）一定條件下，CO可與粉末狀的氫氧化鈉作用生成甲酸鈉．
①常溫時(shí)，甲酸的電離平衡常數(shù)Ka=1.70×10^-4．甲酸鈉的水溶液呈堿性，請(qǐng)用離子反應(yīng)方程式表示其原因HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-，0.1mol/L的甲酸鈉溶液pH約為8.4（已知：lg17≈1.23，計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)）
②向20ml 0.1mol/L的甲酸鈉溶液中小心滴加10ml 0.1mol/L的鹽酸，混合液呈酸性，請(qǐng)按由大到小的順序給溶液中離子濃度排序C（Na⁺）＞C（HCOO^-）＞C（Cl^-）＞C（H⁺）＞C（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₁kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂kJ•mol^-1
③2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃kJ•mol^-1
則將方程式$\frac{①+2②-③}{2}$得所需熱化學(xué)方程式；
（2）平衡時(shí)容器中c（CO）=$\frac{10mol×（1-40%）}{2L}$=3mol/L，根據(jù)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）知，c（H₂）=$\frac{20mol-10mol×40%×2}{2L}$=6mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{10mol×40%}{2L}$=2mol/L，根據(jù)平衡常數(shù)公式計(jì)算其平衡常數(shù)；根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)相對(duì)大小判斷反應(yīng)移動(dòng)方向，從而確定CO物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變化；
（3）①甲酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，甲酸根離子水解導(dǎo)致甲酸鈉溶液呈堿性；
水解平衡常數(shù)K=$\frac{c（O{H}^{-}）c（HCOOH）}{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Ka}$，據(jù)此計(jì)算c（OH^-）及溶液的pH；
②向20ml 0.1mol/L的甲酸鈉溶液中小心滴加10ml 0.1mol/L的鹽酸，溶液中溶質(zhì)為等物質(zhì)的量濃度甲酸鈉、甲酸和NaCl，混合液呈酸性，說明甲酸電離程度大于甲酸根離子水解程度，結(jié)合電荷守恒判斷離子濃度大小．

解答 解：（1）①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₁kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂kJ•mol^-1
③2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃kJ•mol^-1
則將方程式$\frac{①+2②-③}{2}$得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=$\frac{△{H}_{1}+2{H}_{2}-△{H}_{3}}{2}$，
故答案為：$\frac{△{H}_{1}+2{H}_{2}-△{H}_{3}}{2}$；
（2）平衡時(shí)容器中c（CO）=$\frac{10mol×（1-40%）}{2L}$=3mol/L，根據(jù)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）知，c（H₂）=$\frac{20mol-10mol×40%×2}{2L}$=6mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{10mol×40%}{2L}$=2mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{2}{3×{6}^{2}}$=1.85×10^-2；
加入這些物質(zhì)時(shí)c（CO）=3mol/L+$\frac{10ml}{2L}$=8mol/L，c（H₂）=6mol/L+$\frac{20ml}{2L}$=16mol/L，c（CH₃OH）=2mol/L+$\frac{10ml}{2L}$=7mol/L，濃度商=$\frac{7}{8×1{6}^{2}}$=0.0034＜K，則平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，
故答案為：1.85×10^-2；正向移動(dòng)；減��；
（3）①甲酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，甲酸根離子水解導(dǎo)致甲酸鈉溶液呈堿性，水解方程式為HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-；
水解平衡常數(shù)K=$\frac{c（O{H}^{-}）c（HCOOH）}{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Ka}$，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1{0}^{-14}×0.1}{1.7×1{0}^{-4}}}$mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{\sqrt{\frac{1{0}^{-14}×0.1}{1.7×1{0}^{-4}}}}$，溶液的pH=-lg$\frac{1{0}^{-14}}{\sqrt{\frac{1{0}^{-14}×0.1}{1.7×1{0}^{-4}}}}$=8.4，
故答案為：HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-；8.4；
②向20ml 0.1mol/L的甲酸鈉溶液中小心滴加10ml 0.1mol/L的鹽酸，溶液中溶質(zhì)為等物質(zhì)的量濃度甲酸鈉、甲酸和NaCl，混合液呈酸性，C（H⁺）＞C（OH^-），說明甲酸電離程度大于甲酸根離子水解程度，結(jié)合電荷守恒判斷離子濃度大小順序?yàn)镃（Na⁺）＞C（HCOO^-）＞C（Cl^-）＞C（H⁺）＞C（OH^-），
故答案為：C（Na⁺）＞C（HCOO^-）＞C（Cl^-）＞C（H⁺）＞C（OH^-）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及離子濃度大小比較、溶液pH計(jì)算、化學(xué)平衡時(shí)計(jì)算、蓋斯定律等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，注意三段式法的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是鹽類水解中pH的計(jì)算，題目難度中等．