Question

5．一氧化碳在催化剂作用下能与H₂、H₂O、烯、炔等反应，是制备有机物的重要原料．工业上将CO和H₂的混合气体在一定条件下可合成甲醇．
（1）已知在某温度和压强下：
①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₁kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂kJ•mol^-1
③2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃kJ•mol^-1
则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=$\frac{△{H}_{1}+2{H}_{2}-△{H}_{3}}{2}$kJ•mol^-1
（2）在一定温度下，若将10molCO和20molH₂放入2L的密闭容器中，达平衡后测得CO的转化率为40%，则该反应的平衡常数为1.85×10^-2；若此时再向该容器中投入10molCO、20molH₂和10molCH₃OH，判断平衡移动的方向是正向移动（填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”）；新平衡与原平衡相比，CO的物质的量分数减小（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（3）一定条件下，CO可与粉末状的氢氧化钠作用生成甲酸钠．
①常温时，甲酸的电离平衡常数Ka=1.70×10^-4．甲酸钠的水溶液呈碱性，请用离子反应方程式表示其原因HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-，0.1mol/L的甲酸钠溶液pH约为8.4（已知：lg17≈1.23，计算结果保留一位小数）
②向20ml 0.1mol/L的甲酸钠溶液中小心滴加10ml 0.1mol/L的盐酸，混合液呈酸性，请按由大到小的顺序给溶液中离子浓度排序C（Na⁺）＞C（HCOO^-）＞C（Cl^-）＞C（H⁺）＞C（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律计算反应热，①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₁kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂kJ•mol^-1
③2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃kJ•mol^-1
则将方程式$\frac{①+2②-③}{2}$得所需热化学方程式；
（2）平衡时容器中c（CO）=$\frac{10mol×（1-40%）}{2L}$=3mol/L，根据CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）知，c（H₂）=$\frac{20mol-10mol×40%×2}{2L}$=6mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{10mol×40%}{2L}$=2mol/L，根据平衡常数公式计算其平衡常数；根据浓度商与平衡常数相对大小判断反应移动方向，从而确定CO物质的量分数变化；
（3）①甲酸钠是强碱弱酸盐，甲酸根离子水解导致甲酸钠溶液呈碱性；
水解平衡常数K=$\frac{c（O{H}^{-}）c（HCOOH）}{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Ka}$，据此计算c（OH^-）及溶液的pH；
②向20ml 0.1mol/L的甲酸钠溶液中小心滴加10ml 0.1mol/L的盐酸，溶液中溶质为等物质的量浓度甲酸钠、甲酸和NaCl，混合液呈酸性，说明甲酸电离程度大于甲酸根离子水解程度，结合电荷守恒判断离子浓度大小．

解答 解：（1）①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₁kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂kJ•mol^-1
③2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃kJ•mol^-1
则将方程式$\frac{①+2②-③}{2}$得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=$\frac{△{H}_{1}+2{H}_{2}-△{H}_{3}}{2}$，
故答案为：$\frac{△{H}_{1}+2{H}_{2}-△{H}_{3}}{2}$；
（2）平衡时容器中c（CO）=$\frac{10mol×（1-40%）}{2L}$=3mol/L，根据CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）知，c（H₂）=$\frac{20mol-10mol×40%×2}{2L}$=6mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{10mol×40%}{2L}$=2mol/L，化学平衡常数K=$\frac{2}{3×{6}^{2}}$=1.85×10^-2；
加入这些物质时c（CO）=3mol/L+$\frac{10ml}{2L}$=8mol/L，c（H₂）=6mol/L+$\frac{20ml}{2L}$=16mol/L，c（CH₃OH）=2mol/L+$\frac{10ml}{2L}$=7mol/L，浓度商=$\frac{7}{8×1{6}^{2}}$=0.0034＜K，则平衡正向移动，导致CO的物质的量分数减小，
故答案为：1.85×10^-2；正向移动；减小；
（3）①甲酸钠是强碱弱酸盐，甲酸根离子水解导致甲酸钠溶液呈碱性，水解方程式为HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-；
水解平衡常数K=$\frac{c（O{H}^{-}）c（HCOOH）}{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Ka}$，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1{0}^{-14}×0.1}{1.7×1{0}^{-4}}}$mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{\sqrt{\frac{1{0}^{-14}×0.1}{1.7×1{0}^{-4}}}}$，溶液的pH=-lg$\frac{1{0}^{-14}}{\sqrt{\frac{1{0}^{-14}×0.1}{1.7×1{0}^{-4}}}}$=8.4，
故答案为：HCOO^-+H₂O?HCOOH+OH^-；8.4；
②向20ml 0.1mol/L的甲酸钠溶液中小心滴加10ml 0.1mol/L的盐酸，溶液中溶质为等物质的量浓度甲酸钠、甲酸和NaCl，混合液呈酸性，C（H⁺）＞C（OH^-），说明甲酸电离程度大于甲酸根离子水解程度，结合电荷守恒判断离子浓度大小顺序为C（Na⁺）＞C（HCOO^-）＞C（Cl^-）＞C（H⁺）＞C（OH^-），
故答案为：C（Na⁺）＞C（HCOO^-）＞C（Cl^-）＞C（H⁺）＞C（OH^-）．

点评 本题考查较综合，涉及离子浓度大小比较、溶液pH计算、化学平衡时计算、盖斯定律等知识点，综合性较强，侧重考查学生分析计算能力，注意三段式法的灵活运用，难点是盐类水解中pH的计算，题目难度中等．