Question

Ⅰ、CO和H₂的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，焦炭、天然气（主要成分为CH₄）、重油、煤在高温下均可与水蒸气反应制得合成气．
（1）已知某反应的平衡常数表达式为：K=

c(H2)?c(CO)

c(H2O)

它所对应的化学方程式为：

 

．
（2）向体积为2L的密闭容器中充入CH₄和H₂O（g）组成的混合气（共1mol），在一定条件下发生反应，并达到平衡状态，测得温度、压强、投料比X〔

n(CH4)

n(H2O)

〕对该反应的影响如图所示．

①图1中的两条曲线所示投料比的关系X₂

 

X₁（填“=”“＞”或“＜”下同）．
②图2中两条曲线所示的压强比的关系：P₂

 

P₁．
（3）以CH₄、O₂为原料可设计成燃料电池：
①设装置中盛有150.0mL 1.0mol/L KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为4.48L，假设放电过程中没有气体逸出，则放电完毕后，所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为：

 

．
②以H₂SO₄溶液代替KOH溶液为电解质溶液，将CH₄改为C₆H₁₂O₆，则燃料电池的负极反应式为：

 

．
Ⅱ、（1）某温度（t℃）时，测得0.01mol?L^-1的NaOH溶液的pH=11．在此温度下，将pH=2的H₂SO₄溶液V_aL与pH=12的NaOH溶液V_bL混合，若所得混合液为中性，则V_a：V_b=

 

．
（2）在25℃时，将cmol?L^-1的醋酸溶液与0.02mol?L^-1NaOH溶液等体积混合后溶液刚好呈中性，用含c的代数式表示CH₃COOH的电离常数K_a=

 

．

Answer 1

考点：体积百分含量随温度、压强变化曲线,pH的简单计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）化学平衡常数指在一定温度下，可逆反应达到平衡时，各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写方程式；
（2）①碳水比

n(CH4)

n(H2O)

值越大，平衡时甲烷的转化率越低，含量越高；
②根据压强对平衡移动影响，结合图象分析解答；
（3）①计算氧气的物质的量，进而计算生成二氧化碳的物质的量，根据n（KOH）与n（CO₂）比例关系判断反应产物，进而计算溶液中电解质物质的量，结合盐类水解与电离等判断；
②依据原电池的原理分析判断，失电子的做负极发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应；反应中C₆H₁₂O₆失电子生成氢离子，注意电解质溶液是酸溶液；
Ⅱ、（1）c（H⁺）×c（OH^-）=Kw，混合溶液呈中性，且硫酸和氢氧化钠都是强电解质，所以酸中氢离子物质的量和碱中氢氧根离子的物质的量相等；
（2）根据电荷守恒可知c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（Na⁺）+c（H⁺），溶液显中性时c（OH^-）=c（H⁺），故c（CH₃COO^-）=c（Na⁺），根据溶液的pH值计算溶液中c（H⁺），根据钠离子浓度计算c（CH₃COO^-），利用物料守恒计算溶液中c（CH₃COOH），溶液中存在平衡CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺，代入CH₃COOH的电离常数表达式K_a=

c(CH3COO-)×c(H+)

C(CH3COOH)

计算；

解答： 解：Ⅰ、（1）平衡表达式为：K=

C(H2)?C(CO)

C(H2O)

，生成物为CO、H₂，反应物含有H₂O，三者化学计量数分别为1、1、1，根据元素守恒，故另一反应物为固体C，反应中它所对应反应的化学方程式为C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
故答案为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）；
①碳水比

n(CH4)

n(H2O)

值越大，平衡时甲烷的转化率越低，含量越高，故x₂＜x₁，故答案为：＜；
②该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动，平衡时甲烷的含量增大，故p₂＜p₁，故答案为：＜；
（3）①参与反应的氧气在标准状况下体积为4.48L，物质的量为

4.48L

22.4L/mol

=0.2mol，根据电子转移守恒可知，生成二氧化碳为

0.2mol×4

8

=0.1mol，n（KOH）=0.15L×1.0mol?L^-1=0.15mol，n（KOH）：n（CO₂）=0.15mol：0.1mol=3：2，发生发生2CO₂+3KOH=K₂CO₃+KHCO₃+H₂O，溶液中碳酸根水解，碳酸氢根的水解大于电离，溶液呈碱性，故c（OH^-）＞c（H⁺），碳酸根的水解程度大于碳酸氢根，故c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），钾离子浓度最大，水解程度不大，碳酸根浓度原大于氢氧根离子，故c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
②原电池中失电子的做负极发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应；在硫酸溶液中，C₆H₁₂O₆失电子生成氢离子，反应为C₆H₁₂O₆-24e^-+6H₂O=6CO₂+24H⁺，
故答案为：C₆H₁₂O₆-24e^-+6H₂O=6CO₂+24H⁺；
Ⅱ、（1）0.01mol?L^-1  的NaOH溶液的pH=11，则c（H⁺）=10^-11 mol/L，氢氧化钠是强碱，完全电离，所以氢氧根离子浓度等于氢氧化钠浓度=0.01mol/L，则Kw=c（H⁺）×c（OH^-）=10^-11×10^-2=1.0×10^-13，混合溶液呈中性，且硫酸和氢氧化钠都是强电解质，所以酸中氢离子物质的量和碱中氢氧根离子的物质的量相等，pH=12的NaOH溶液中氢氧根离子浓度=10 ^12-13mol/L=0.1mol/L，pH=2的H₂SO₄溶液氢离子浓度=10^-2 mol/L，
0.01 mol/L×V_aL=0.1mol/L×V_bL，则V_a：V_b=10：1，
故答案为：10：1；
（2）根据电荷守恒可知c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（Na⁺）+c（H⁺），溶液显中性时c（OH^-）=c（H⁺），故c（CH₃COO^-）=c（Na⁺），溶液中c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中c（CH₃COO^-）=c（Na⁺）=

1

2

×0.02mol?L^-1=0.01mol?L^-1，故混合后溶液中c（CH₃COOH）=

1

2

×cmol?L^-1-0.01mol?L^-1=（0.5c-0.01）mol/L，CH₃COOH的电离常数K_a=

10-7×0.01

0.5c-0.01

=

2×10-9

c-0.02

，
故答案为：

2×10-9

c-0.02

．

点评：本题综合性较大，涉及化学平衡图象、化学平衡的影响因素、化学平衡计算、原电池、化学计算、离子浓度比较等，为高考常见题型，注意把握化学平衡的影响因素以及图象、数据的分析能力的培养，题目难度较大．