Question

17．（1）在一固定容積的密閉容器中進行著如下反應：
CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g） 其平衡常數K和溫度t的關系如下：

t℃	700	800	850	1000	1200
K	2.6	1.7	1.0	0.9	0.6

（a）該反應平衡常數K的表達式為：$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$；
（b）當溫度為850℃，在2L密閉容器中通入1.0mol CO₂和1.0mol H₂，則平衡后，CO₂的轉化率為50%．
（2）在微生物作用的條件下，NH₄⁺經過兩步反應被氧化成NO₃^-．這兩步的能量變化示意圖如下：

（a）第二步反應是放熱反應（選填“放熱”或“吸熱”）
（b）1molNH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^-（aq）的熱化學方程式是NH₄⁺ （aq）+2O₂（g）═NO₃^- （aq）+2H⁺（aq）+H₂O（l）△H=-346 kJ/mol．
（3）已知：

化學式	電離平衡常數
HCN	K=4.9×10-10
H2CO3	K1=4.3×10-7、K2=5.6×10-11

①25℃時，測得HCN和NaCN的混合溶液的pH=11，則c（HCN）/c（CN^-）=2.0×10^-2．
②向NaCN溶液中通入少量CO₂，則發(fā)生反應的離子方程式為：CN^-+CO₂+H₂O=HCN+HCO₃^-．
（4）已知：K_sp（CaCO₃）=4.96×10^-9，不考慮其它因素影響，現將0.40mol/L的Na₂CO₃溶液和0.20mol/L的CaCl₂溶液等體積混合，則混合后溶液中Ca²⁺濃度為4.96×10^-8mol/L．

Answer 1

分析 （1）（a）化學平衡常數，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值；
（b）設參加反應的二氧化碳為xmol，利用三段式表示出平衡時各組分的物質的量，由于反應前后氣體體積不變，可以用物質的量代替濃度計算平衡常數，根據平衡常數列方程計算解答；
（2）（a）由圖可知，反應物能量高于生成能量，故為放熱反應；
（b）根據蓋斯定律，結合圖可知1molNH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^-（aq）放出的熱量為273kJ+73kJ=346kJ，注明聚集狀態(tài)、反應熱，書寫熱化學方程式；
（3）①由HCN的電離平衡常數Ka=$\frac{c（{H}^{+}）•c（C{N}^{-}）}{c（HCN）}$，可知$\frac{c（HCN）}{c（C{N}^{-}）}$=$\frac{c（{H}^{+}）}{{K}_{a}}$，據此計算；
②碳酸的一級電離常數大于HCN的，二級電離常數小于HCN的，故碳酸的酸性強于HCN，為碳酸氫根的酸性溶于HCN，故向NaCN溶液中通入少量CO₂，反應生成HCN與NaHCO₃；
（4）碳酸鈉和氯化鈣反應后生成碳酸鈣沉淀，溶液中碳酸根剩余，計算混合溶液中剩余碳酸根離子濃度，根據Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）計算混合溶液中c（Ca²⁺）．

解答 （1）（a）可逆反應：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），其平衡常數表達式K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$；
（b）設參加反應的二氧化碳為xmol，則：
          CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
開始（mol）：1        1       0      0
轉化（mol）：x        x       x      x
平衡（mol）：1-x      1-x     x      x
由于反應前后氣體體積不變，可以用物質的量代替濃度計算平衡常數，則$\frac{x×x}{（1-x）×（1-x）}$=1，解得x=0.5，
故二氧化碳的轉化率為$\frac{0.5mol}{1mol}$×100%=50%，
故答案為：50%；
（2）（a）由圖可知，反應物能量高于生成能量，故為放熱反應，
故答案為：放熱；
（b）根據蓋斯定律，結合圖可知1molNH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^-（aq）放出的熱量為273kJ+73kJ=346kJ，反應熱化學方程式為：NH₄⁺ （aq）+2O₂（g）═NO₃^- （aq）+2H⁺（aq）+H₂O（l）△H=-346 kJ/mol，
故答案為：NH₄⁺ （aq）+2O₂（g）═NO₃^- （aq）+2H⁺（aq）+H₂O（l）△H=-346 kJ/mol；
（3）①由HCN的電離平衡常數Ka=$\frac{c（{H}^{+}）•c（C{N}^{-}）}{c（HCN）}$，可知$\frac{c（HCN）}{c（C{N}^{-}）}$=$\frac{c（{H}^{+}）}{{K}_{a}}$=$\frac{1{0}^{-11}}{4.9×1{0}^{-10}}$mol/L≈2.0×10^-2
mol/L，
故答案為：2.0×10^-2；
②碳酸的一級電離常數大于HCN的，二級電離常數小于HCN的，故碳酸的酸性強于HCN，為碳酸氫根的酸性溶于HCN，故向NaCN溶液中通入少量CO₂，反應生成HCN與NaHCO₃，該反應離子方程式為：CN^-+CO₂+H₂O=HCN+HCO₃^-，
故答案為：CN^-+CO₂+H₂O=HCN+HCO₃^-；
（4）碳酸鈉和氯化鈣反應后生成碳酸鈣沉淀，溶液中碳酸根剩余，剩余碳酸根離子的物質的量濃度約是：$\frac{0.4V-0.2V}{2V}$=0.1mol/L，根據Ksp=c（Ca²⁺）•c（CO₃^2-），可知c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=4.96×10^-8 （mol/L），
故答案為：4.96×10^-8．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及化學平衡常數及有關計算、熱化學方程式書寫、電離平衡常數應用及有關計算、溶度積有關計算，（4）中注意估算碳酸根離子濃度，難度中等．