Question

按要求完成下列各小題。       

Ⅰ、CO和H₂的混合氣體俗稱合成氣，是一種重要的工業(yè)原料氣，焦炭、天然氣（主要成分為CH₄）、重油、煤在高溫下均可與水蒸氣反應制得合成氣。

（1）已知某反應的平衡常數(shù)表達式為： 

它所對應的化學方程式為：                                                 。

（2）向體積為2L的密閉容器中充入CH₄和H₂O(g)組成的混合氣（共1mol），在一定條件下發(fā)生反應，并達到平衡狀態(tài)，測得溫度、壓強、投料比X〔n(CH₄)/n(H₂O)〕對該反應的影響如圖所示。

   ①圖1中的兩條曲線所示投料比的關系X₂ ____ X₁(填“=”“>”或“<”下同)

   ②圖2中兩條曲線所示的壓強比的關系：P₂ _______P₁

（3）以CH₄、O₂為原料可設計成燃料電池：

①設裝置中盛有150.0mL 1.0mol/L KOH溶液，放電時參與反應的氧氣在標準狀況下的體積為4.48L，假設放電過程中沒有氣體逸出，則放電完畢后，所得溶液中各離子濃度由大到小的關系為：          

②以H₂SO₄溶液代替KOH溶液為電解質溶液,將CH₄改為C₆H₁₂O₆ ，則燃料電池的負極反應式為：

                 。

Ⅱ、（1）某溫度(t℃)時，測得0.01mol·L^-1的NaOH溶液的pH＝11。在此溫度下，將pH＝2的H₂SO₄溶液V_aL與pH＝12的NaOH溶液V_bL混合，若所得混合液為中性，則V_a︰V_b＝           。

(2)在25℃時，將c mol·L^-1的醋酸溶液與0.02 mol·L^-1NaOH溶液等體積混合后溶液剛好呈中性，用含c的代數(shù)式表示CH₃COOH的電離常數(shù)K_a=____________________。

 

Answer 1

【答案】

（14分毎空2分）

Ⅰ、（1） C（S）+H₂O(g) H₂(g) + CO(g) （可不標狀態(tài)，不寫可逆號0分）

（2）  ①＜ ；②＜

（3）①c(K⁺)＞c(HCO₃^-)＞cCO₃^2-)＞c(OH^-)＞c(H⁺)；②C₆H₁₂O₆－24e^-+6H₂O＝6CO₂＋24H⁺

Ⅱ、（1）10︰1      （2）2×10^-9/（c－0.02）

【解析】

試題分析：Ⅰ、（1）化學平衡常數(shù)是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據(jù)平衡常數(shù)的表達式可知，該反應的化學方程式是C（S）＋H₂O(g) H₂(g)＋CO(g)。

（2）①根據(jù)反應的化學方程式CH₄＋H₂OCO＋3H₂可知，在溫度相同時，投料比越大，甲烷的轉化率越低，則容器中甲烷的含量越高，所以根據(jù)圖像1可知，X₂＜X₁。

②根據(jù)方程式可知，該反應是體積增大的，所以在投料比相同的條件下，壓強越大，甲烷的轉化率越小，則甲烷的含量越高，所以根據(jù)圖 2可知，P₂＜P₁。

（3）①在該燃料電池中，甲烷在負極通入，氧氣在正極通入。參加反應的氧氣是0.2mol，得到0.8mol電子，所以消耗甲烷的物質的量是0.8mol÷8＝0.1mol，生成CO₂是0.1mol，但溶液中氫氧化鉀是0.15mol，所以反應中生成碳酸鉀和碳酸氫鉀，且二者的物質的量均是0.05mol。由于CO₃^2－的水解程度大于HCO₃^－的水解程度，所以放電后，所得溶液中各離子濃度由大到小的關系為c(K⁺)＞c(HCO₃^-)＞cCO₃^2-)＞c(OH^-)＞c(H⁺)。

②原電池中負極失去電子，所以葡萄糖在負極放電，電極反應式是C₆H₁₂O₆－24e^-+6H₂O＝6CO₂＋24H⁺。

Ⅱ、（1）某溫度(t℃)時，測得0.01mol·L^-1的NaOH溶液的pH＝11，所以該溫度下水的離子積常數(shù)＝1×10^－13，所以pH＝12的NaOH溶液中OH^－的濃度是0.1mol/L。所得混合液為中性，這說明二者恰好反應，則V_aL×0.01mol/L＝V_bL×0.1mol/L，解得V_a︰V_b＝10︰1。

（2）在25℃時，將c mol·L^-1的醋酸溶液與0.02 mol·L^-1NaOH溶液等體積混合后溶液剛好呈中性，因此根據(jù)電荷守恒可知，溶液中c(CH₃COO^－)＝c(Na^＋)＝0.01mol/L，則溶液中c(CH₃COOH)＝（0.5c－0.01）mol/L。又因為溶液中c(H^＋)＝1×10^－7mol/L，所以根據(jù)醋酸的電離常數(shù)表達式可知K_a＝＝2×10^-9/（c－0.02）。

考點：考查平衡常數(shù)、外界條件對平衡狀態(tài)的影響；原電池原理的音樂；溶液中離子濃度大小比較；以及溶液pH和電離常數(shù)的有關計算等