Question

10．能源的相互轉(zhuǎn)化和利用是科學(xué)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(yīng)為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1．
①該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的外界條件是較高溫度．
②在一個(gè)恒容的密閉容器中，一定溫度下發(fā)生上述反應(yīng)，下列能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是BC （填相應(yīng)的編號(hào)）．
A．CO和H₂的體積分?jǐn)?shù)相同
B．1mol H-H鍵斷裂的同時(shí)斷裂2mol H-O鍵
C．容器中的壓強(qiáng)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(jìn)行反應(yīng)：
 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），得到如表中二組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)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(yīng)的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②計(jì)算實(shí)驗(yàn)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(fù)對(duì)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?yàn)閏（K⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）．

Answer 1

分析 （1）①反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行根據(jù)公式△G=△H-T△S＜0計(jì)算；
②反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)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(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時(shí)CO₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
②利用三段式計(jì)算平衡時(shí)，各組分的物質(zhì)的量，該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，故利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)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(duì)應(yīng)酸的酸性就強(qiáng)，利用酸越弱則強(qiáng)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(yīng)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(xué)反應(yīng)方程式可知，反應(yīng)為焓增，熵增過程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0時(shí)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)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(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在c（CO）=c（H₂），故A錯(cuò)誤；
B.1mol H-H鍵斷裂的同時(shí)斷裂2molH-O鍵，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．反應(yīng)在一個(gè)容積不變的密閉容器中進(jìn)行，容器中的壓強(qiáng)由氣體的物質(zhì)的量決定，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，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(dá)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(yīng)速率，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC；
（2）①實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{4mol-2.4mol}{4mol}$×100%=40% 實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為 $\frac{2mol-1.6mol}{2mol}$×100%=20%則實(shí)驗(yàn)1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)2，則說明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱；
故答案為：＜；
②平衡時(shí)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(yīng)前后氣體體積不變，故利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故900℃時(shí)該反應(yīng)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(qiáng)，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(yīng)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(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算以及化學(xué)平衡移動(dòng)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(yīng)原理的應(yīng)用，題目綜合性較強(qiáng)，難度中等．