Question

10．能源的相互轉(zhuǎn)化和利用是科學家研究的重要課題．
（1）將水蒸氣通過紅熱的炭即可產(chǎn)生水煤氣．反應為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1．
①該反應自發(fā)進行的外界條件是較高溫度．
②在一個恒容的密閉容器中，一定溫度下發(fā)生上述反應，下列能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是BC （填相應的編號）．
A．CO和H₂的體積分數(shù)相同
B．1mol H-H鍵斷裂的同時斷裂2mol H-O鍵
C．容器中的壓強不變
D．消耗H₂O的速率等于生成H₂的速率
（2）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，在催化劑存在下進行反應：
 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），得到如表中二組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4
2	900	2	1	0.4	1.6

①該反應的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②計算實驗2條件下平衡常數(shù)的值K=0.17．
（3）pKa表示的是弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)的負對數(shù)，即pKa=-lgKa，有關(guān)數(shù)據(jù)如圖：
①0.01mol•L^-1NaHSO₃溶液的pH=b_l，0.01mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH=b₂，則b₁＜b₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
②向10mL 0.01mol•L^-1的H₂SO₃溶液中，滴加0.0l mol•L^-1KOH溶液10mL，溶液中存在c（H⁺）＞c（OH^-），則以下四種微粒K⁺、H₂SO₃、HSO₃^-、SO₃^2-，其濃度由大到小的順序為c（K⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）．

Answer 1

分析 （1）①反應能否自發(fā)進行根據(jù)公式△G=△H-T△S＜0計算；
②反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生改變，由此衍生的一些物理量也不變，以此判斷；
（2）①第二組溫度比第一組高，反應物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時CO₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應為放熱反應；
②利用三段式計算平衡時，各組分的物質(zhì)的量，該反應是氣體體積不變的反應，故利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達式計算平衡常數(shù)；
（3）①根據(jù)pKa越小，電離平衡常數(shù)Ka越大，則對應酸的酸性就強，利用酸越弱則強堿弱酸鹽的水解程度越大來分析；
②H₂SO₃與KOH以1：1的物質(zhì)的量比反應生成KHSO₃，利用KHSO₃溶液呈酸性，則HSO₃^-的電離大于其水解來分析．

解答 解：（1）①由熱化學反應方程式可知，反應為焓增，熵增過程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0時反應能自發(fā)進行，較高溫度下才能保證△G=△H-T△S＜0；
故答案為：較高溫度；
 ②A．無論反應是否達到平衡狀態(tài)，都存在c（CO）=c（H₂），故A錯誤；
B.1mol H-H鍵斷裂的同時斷裂2molH-O鍵，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．反應在一個容積不變的密閉容器中進行，容器中的壓強由氣體的物質(zhì)的量決定，當壓強不變時，氣體的物質(zhì)的量就不變，氣體的物質(zhì)的量濃度也不變，說明達到平衡，故C正確； 
D．消耗H₂O的速率和生成H₂的速率都指正反應速率，故D錯誤；
故答案為：BC；
（2）①實驗1中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{4mol-2.4mol}{4mol}$×100%=40% 實驗2中CO的轉(zhuǎn)化率為 $\frac{2mol-1.6mol}{2mol}$×100%=20%則實驗1的轉(zhuǎn)化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應方向移動，正反應放熱；
故答案為：＜；
②平衡時CO的物質(zhì)的量為1.6mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2      1        0        0
變化（mol）：0.4    0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    0.6      0.4      0.4
該反應前后氣體體積不變，故利用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故900℃時該反應平衡常數(shù)k=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=0.17，
故答案為：0.17；
（3）①由pKa數(shù)據(jù)可知，亞硫酸的pKa小于碳酸，則酸性比碳酸的強，相同濃度的NaHSO₃溶液比NaHCO₃溶液中酸根離子的水解程度弱，則NaHSO₃溶液的pH小，即b_l＜b₂，故答案為：＜；
②反應后溶液的溶質(zhì)為KHSO₃，又KHSO₃溶液呈酸性，則HSO₃^-的電離大于其水解，電離生成SO₃^2-離子，水解生成H₂SO₃，則c（K⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），故答案為：c（K⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）．

點評 本題考查化學平衡計算以及化學平衡移動等問題以及溶液PH的大小比較、酸堿混合后溶液中的離子的濃度關(guān)系等，題目側(cè)重于反應原理的應用，題目綜合性較強，難度中等．