Question

12．碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一種理想，更是一種值得期待的新的生活方式．在一定溫度下的2L固定容積的密閉容器中，通入2molCO₂和3mol H₂，發(fā)生的反應(yīng)為：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-a kJ•mol^-1（a＞0），測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．
（1）能說明該反應(yīng)已達平衡狀態(tài)的是AB．（選填編號）
A．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變
B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間的變化而變化
C．單位時間內(nèi)每消耗1.2mol H₂，同時生成0.4molH₂O
D．該體系中H₂O與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1，且保持不變
（2）計算該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.20．（保留兩位有效數(shù)字）．若改變條件C（填選項），可使K=1．
A．增大壓強   B．增大反應(yīng)物濃度  C．降低溫度  D．升高溫度   E．加入催化劑
（3）將2.4g碳在足量氧氣中燃燒，所得氣體通入100mL 3.0mol/L的氫氧化鈉溶液中，完全吸收后，溶液中所含離子濃度由大到小為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）平衡狀態(tài)的標(biāo)志可以兩個方兩去判斷，一、是看正逆反應(yīng)速是否相等，二是各組分的濃度和分?jǐn)?shù)是否隨時間的改變而改變；也可以抓住未平衡時是個變量，現(xiàn)在不變說明已經(jīng)達到平衡狀態(tài)了，來解決問題；
（2）用三行式來求平衡時的各組分濃度，然后代入平衡常數(shù)表達式求解，要注意代入平衡常數(shù)表達式是平衡濃度，平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度變平衡常數(shù)才變，到底如何變，還要看反應(yīng)的熱效應(yīng)；
（3）2.4g碳是0.2mol，燃燒生成0.2molCO₂，與0.3molNaOH反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO₂+3NaOH=NaHCO₃+Na₂CO₃+H₂O，生成0.1molNa₂CO₃、0.1molNaHCO₃，在含等物質(zhì)的量的碳酸鈉、碳酸氫鈉的溶液中，碳酸根離子水解大于碳酸氫根離子的水解，水解使溶液顯堿性，以此來解答．

解答 解：（1）未平衡時是個變量，現(xiàn)在不變說明已經(jīng)達到平衡狀態(tài)了，
A．未平衡CO₂的體積分?jǐn)?shù)是個變化的量，現(xiàn)在混合氣體CO₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變，說明已經(jīng)平衡了，故A正確；
B．未平衡時混合氣體的平均相對分子質(zhì)量是個變化的量，現(xiàn)在不隨時間的變化而變化，說明已經(jīng)達平衡狀態(tài)，故B正確；
C．單位時間內(nèi)每消耗1.2mol H₂，向正方向，同時生成0.4mol H₂O，也向正方向，不能反映正逆反應(yīng)之間的關(guān)系，故C錯誤；
D．反應(yīng)中H₂O與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1，且保持不變，不能說明各自的量不再隨時間的變化而變化，故D錯誤；
故選AB；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始（mol/L） 1        1.5        0        0
變化（mol/L） 0.25     0.75      0.25    0.25
平衡（mol/L） 0.75     0.75     0.25     0.25
所以 K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.75{\;}^{3}}$=0.20，
而平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，只有通過改變溫度來改變平衡常數(shù)，正反應(yīng)量放熱反應(yīng)，降低溫度，K值變大，變化為1，
故答案為：0.20；C；
（3）2.4g碳是0.2mol，燃燒生成0.2molCO₂，與100mL 3.0mol/L即含有0.3molNaOH反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO₂+3NaOH=NaHCO₃+Na₂CO₃+H₂O，生成0.1molNa₂CO₃、0.1molNaHCO₃，在含等物質(zhì)的量的碳酸鈉、碳酸氫鈉的溶液中，c（Na⁺）最大，碳酸根離子水解大于碳酸氫根離子的水解，則c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），水解使溶液顯堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），顯性離子大于隱性離子，所以c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），即離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點評 本題考查平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡的計算、離子濃度大小比較，做題時注意把握影響平衡移動的因素以及平衡常數(shù)的有關(guān)計算，比較離子濃度大小時應(yīng)掌握溶液的成分，題目難度中等．