Question

14．CO₂ 和CO與我們的社會生活聯(lián)系相當(dāng)密切，某化學(xué)課題組對此進行了探究．
（1）CO₂可用NaOH溶液吸收得到碳酸鹽．若將0.1mol•L^-1Na₂CO₃溶液與0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液等體積混合，則混合后的溶液中c（CO₃^2-）小于c（HCO₃^-）（填“大于”“小于”或“等于”）；0.1mol•L^-1Na₂CO₃ 溶液中c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）[用含c（HCO₃^-）、c（H₂CO₃）的關(guān)系式表示]．
（2）常溫常壓下，飽和CO₂ 水溶液的pH=5.6，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol•L^-1．若忽略水的電離及 H₂CO₃ 的第二級電離，則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常數(shù)K=4.2×10^-7mol•L^-1．（已知：10^-5.6=2.5×10^-6）
（3）常溫下，0.1mol•L^-1NaHCO₃ 溶液的pH大于8，則溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-）（填“＞”“=”或“＜”），原因是因為NaHCO₃溶液中既存在電離平衡：HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺，又存在水解平衡：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-水解程度大于電離程度 （用離子方程式和必要的文字說明）．
（4）小李同學(xué)擬用沉淀法測定空氣中CO₂的體積分?jǐn)?shù)，他查得CaCO₃、BaCO₃的溶度積K_sp分別為4.96×10^-9、2.58×10^-9．小李應(yīng)該選用的試劑是Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）；．
（5）一定條件下，將2molH₂O（g）和2molCO充入容積固定的1L密閉容器中，加熱至高溫，發(fā)生下列可逆反應(yīng)：2H₂O?2H₂+O₂…①，2CO+O₂?2CO₂…②．請回答下列問題：
①當(dāng)容器內(nèi)的壓強不再發(fā)生改變時，測知下列各項中提供的物理量即可求出該條件下混合氣體平衡組成的是B （填序號，K₁指反應(yīng)①的平衡常數(shù)，K₂指反應(yīng)②的平衡常數(shù)）．
A．K₁、K₂ 　B．K₁、c（CO₂） 　C．K₂、c（O₂）
②請在圖中，畫出反應(yīng)過程中c（O₂）的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）若將0.1mol•L^-1Na₂CO₃溶液與0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液等體積混合，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子，離子濃度碳酸氫根離子濃度大于碳酸根離子濃度；根據(jù)原子守恒和電荷守恒計算c（OH^-）-c（H⁺）的值；
（2）電離平衡常數(shù)指弱電解質(zhì)在一定條件下電離達到平衡時，溶液中電離所生成的各種離子濃度系數(shù)次冪的乘積，跟溶液中未電離分子的濃度系數(shù)次冪的乘積的比值，則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}^{+}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$；
（3）依據(jù)溶液呈堿性，判斷碳酸氫根離子水解程度大于電離程度分析判斷離子濃度大小；
（4）根據(jù)CaCO₃、BaCO₃的溶度積大小可知BaCO₃更難溶，因此令CO₂生成BaCO₃反應(yīng)更完全；
（5）①兩個反應(yīng)靠O₂聯(lián)系起來，只要知道O₂和另外任意一種氣體的平衡濃度，均可求出混合氣體的平衡組成；
②依據(jù)化學(xué)平衡計算平衡后得到氧氣物質(zhì)的量，結(jié)合反應(yīng)過程畫出變化曲線．

解答 解：（1）若將0.1mol•L^-1Na₂CO₃溶液與0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液等體積混合，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子，離子濃度c（CO₃^2-）＜c（HCO₃^-），根據(jù)原子守恒和電荷守恒計算c（OH^-）-c（H⁺）的值，根據(jù)碳原子守恒得，c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（H₂CO₃）=0.1mol/L，根據(jù)溶液中電荷守恒得：2×c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（OH^-）=c（Na⁺ ）+c（H⁺ ），c（Na⁺ ）=0.2mol/L，所以c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃），
故答案為：小于；c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃）；
（2）飽和CO₂水溶液的pH=5.6，所以c（H⁺）=10^-5.6=2.5×10^-6mol/L，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5mol•L^-1，
則H₂CO_3?HCO₃^-+H⁺的平衡常數(shù)，K=飽和CO₂水溶液的pH=5.6，所以c（H⁺）=10^-5.6=2.5×10^-6mol/L，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol•L^-1，
則H₂CO_3?HCO₃^-+H⁺的平衡常數(shù)，K=$\frac{c（{H}^{+}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$=$\frac{2.5×10×2.5×1{0}^{-6}}{1.5×1{0}^{-5}}$=4.2×10^-7 mol•L^-1，
故答案為：4.2×10^-7 mol•L^-1；
（3）因NaHCO₃溶液顯堿性，HCO₃^-的水解程度大于自身的電離程度，即NaHCO₃溶液中既存在電離平衡為HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺，水解平衡為HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-水解程度大于電離程度，
故答案為：＞；因為NaHCO₃溶液中既存在電離平衡：HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺，又存在水解平衡：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-水解程度大于電離程度；
（4）根據(jù)CaCO₃、BaCO₃的溶度積大小可知BaCO₃更難溶，因此令CO₂生成BaCO₃反應(yīng)更完全，故可選擇Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）作為CO₂的沉淀劑，
故答案為：Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）；
（5）①由兩個方程式可知，兩個反應(yīng)靠O₂聯(lián)系起來，只要知道O₂和另外任意一種氣體的平衡濃度，均可求出混合氣體的平衡組成，當(dāng)知道H₂O和H₂或CO和CO₂的平衡濃度時，由于兩個方程式無法通過O₂建立反應(yīng)量的關(guān)系，所以無法求其混合氣體的平衡組成，選項中B符合，
故答案為：B；
②圖象分析可知，水反應(yīng)物質(zhì)的量2mol-0.75mol=1.25mol，
                        2H₂O=2H₂+O₂
起始量（mol）  2        0     0
變化量（mol） 1.25  1.25 0.625
反應(yīng)后量（mol）0.75  1.25  0.625
結(jié)合反應(yīng)消耗氧氣得到，
                        2CO+O₂?2CO₂
起始量（mol） 2    0.625    0
變化量（mol） 0.25  0.125   0.25
平衡量（mol） 1.75   0.5     0.25
最后平衡狀態(tài)壓強為0.5mol，圖象為：，
故答案為：．

點評 本題考查化學(xué)平衡的影響因素分析和計算應(yīng)用、弱電解質(zhì)溶液中平衡影響因素分析和PH計算、平衡常數(shù)的計算、鹽類水解、圖象理解應(yīng)用等知識，題目難度較大，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學(xué)生的分析能力及化學(xué)計算能力，要求學(xué)生能根據(jù)題目所給信息解題，善于發(fā)掘題目信息．