Question

20．碳及其化合物在自然界中和人類活動中發(fā)揮著重要的作用．回答下列問題：
（1）已知常溫下，幾種弱酸的電離常數(shù)如表：

弱酸化學(xué)式	CH3COOH	HCN	H2CO3
電離常數(shù)	1.8×10-5	4.9×10-10	K1=4.3×10-7 K2=5.6×10-11

①等物質(zhì)的量濃度的CH₃COONa、NaCN、Na₂CO₃三種溶液的pH分別為pH₁、pH₂、pH₃，則三者由大到小的順序為pH₃＞pH₂＞pH₁
②0.4mol•L^-1的CH₃COOH溶液與0.2mol•L^-1的NaOH溶液等體積混合后，所得溶液中c（H⁺）＞c（OH^-）（填“＞”“＜”或“=”，下同）c（CH₃COOH）＜c（CH₃COO^-）
（2）工業(yè)生產(chǎn)中用可溶性的碳酸鹽浸取石膏固體，寫出浸取過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃+SO₄^2-；已知常溫時${K}_{sp}（CaC{O}_{3}）=2.80×1{0}^{-9}$，${K}_{sp}（CaS{O}_{4}）=4.9×1{0}^{-5}$，則此溫度下該離子反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$
（3）霧霾襲城的日子越來越多，其中對霧霾“貢獻(xiàn)”較大的物質(zhì)之一是氮氧化物，CH₄催化還原可消除氮氧化物的污染．  已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
現(xiàn)采集NO₂與NO的體積比為1：3的樣品，用標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4L的CH₄處理該樣品，恰好完全反應(yīng)（已知生成物全部為氣態(tài)）并放出1042.8kJ的熱量，則△H₂₌-1160kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)酸的電離常數(shù)進(jìn)行分析判斷，電離常數(shù)越大，對應(yīng)鹽的水解程度越小，溶液的pH越��；
②反應(yīng)后為等濃度的CH₃COOH溶液和CH₃COONa溶液，醋酸電離程度大于CH₃COO^-水解程度，故c（CH₃COO^-）＞c（CH₃COOH ），溶液呈酸性有c（H⁺）＞c（OH^-）；
（2）溶度積較大的物質(zhì)可轉(zhuǎn)化為溶度積較小的物質(zhì)，平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值；
（3）相同條件下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，所以一混合氣體中NO與NO₂的體積比為3：1，則物質(zhì)的量之比為3：1，設(shè)NO、NO₂的物質(zhì)的量分別是3xmol、xmol，n（CH₄）=$\frac{22.4L}{22.4L/mol}$=1mol，
NO₂完全反應(yīng)需要n（CH₄）=$\frac{1}{4}$×xmol=0.25xmol，同時生成n（NO）=n（NO₂）=xmol，則總的n（NO）=4xmol，
NO完全反應(yīng)需要n（CH₄）=xmol，
xmol+0.25xmol=1mol，x=0.8，則NO、NO₂的物質(zhì)的量分別是2.4mol、0.8mol，
NO₂完全反應(yīng)放出的熱量為（$\frac{574}{4}×0.8$）kJ，
NO完全反應(yīng)放出的熱量=$\frac{3.2△{H}_{2}}{4}$，據(jù)此計算△H₂．

解答 解：（1）①根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，電離常數(shù)：醋酸＞HCN＞碳酸氫根離子，所以等濃度的NaCN溶液、Na₂CO₃溶液、CH₃COONa溶液水解程度為：Na₂CO₃溶液＞NaCN溶液＞CH₃COONa溶液，故溶液的pH為：Na₂CO₃溶液＞NaCN溶液＞CH₃COONa溶液；故答案為：pH₃＞pH₂＞pH₁；
②反應(yīng)后為等濃度的CH₃COOH溶液和CH₃COONa溶液，醋酸電離程度大于CH₃COO^-水解程度，故c（CH₃COO^-）＞c（CH₃COOH ），溶液呈酸性有c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案為：＞；＜；
（2）石膏懸濁液中加入碳酸鹽溶液后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃+SO₄^2-，此溫度下該離子反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$，
故答案為：CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃+SO₄^2-；$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$；
（3）相同條件下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，所以一混合氣體中NO與NO₂的體積比為3：1，則物質(zhì)的量之比為3：1，設(shè)NO、NO₂的物質(zhì)的量分別是3xmol、xmol，n（CH₄）=$\frac{22.4L}{22.4L/mol}$=1mol，
NO₂完全反應(yīng)需要n（CH₄）=$\frac{1}{4}$×xmol=0.25xmol，同時生成n（NO）=n（NO₂）=xmol，則總的n（NO）=4xmol，
NO完全反應(yīng)需要n（CH₄）=xmol，
xmol+0.25xmol=1mol，x=0.8，則NO、NO₂的物質(zhì)的量分別是2.4mol、0.8mol，
NO₂完全反應(yīng)放出的熱量為（$\frac{574}{4}×0.8$）kJ，
NO完全反應(yīng)放出的熱量=$\frac{3.2△{H}_{2}}{4}$kJ，
放出的總熱量=（$\frac{574}{4}×0.8$）kJ+$\frac{3.2△{H}_{2}}{4}$kJ=1042.8kJ，
則△H₂=-1160kJ/mol，
依據(jù)蓋斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
故答案為：-1160kJ/mol．

點(diǎn)評 本題考查弱電解質(zhì)的電離、氧化還原反應(yīng)的計算、蓋斯定律等知識點(diǎn)，側(cè)重考查基本理論、計算能力，注意平衡常數(shù)K計算時要用濃度而不是物質(zhì)的量，注意（1）中二氧化氮生成的NO也參加反應(yīng)，很多同學(xué)往往漏掉生成的NO而導(dǎo)致錯誤，為易錯點(diǎn)．