Question

18．丙烷是液化石油气的主要成分，在燃烧时能放出大量的热，作为能源广泛应用于生产和日常生活中．
（1）已知：①2C₃H₈（g）+7O₂（g）═6CO（g）+8H₂O（l）△H=-2 741.8kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1
则反应C₃H₈（g）+5O₂（g）═3CO₂（g）+4H₂O（l）的△H=-2219.9 kJ•mol^-1．
（2）某课外活动小组为了探究在相同温度下反应过程中能量变化与化学平衡的关系，将C₃H₈不完全燃烧的产物CO和H₂O（g），通入到体积均为1L的A、B两个密闭容器中，在相同温度下均发生如下可逆反应：
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
相关数据如下：

容器 编号	起始时各物质 的物质的量/mol				达到平衡 的时间/min	达到平衡时 体系能量的 变化/kJ
	CO	H2O	CO2	H2
A	1.5	1.9	0	0	ta	放出热量：36.9
B	3	3.8	0	0	tb	放出热量：Q

请回答下列问题：
①0～t_a时刻，容器A中CO的平均反应速率为$\frac{0.9}{{t}_{a}}$ mol•L^-1•min^-1，化学平衡常数K_a=1.35；若容器B中反应的平衡常数为K_b，则该温度下K_a等于（填“大于”“小于”或“等于”）K_b．
②某同学为了研究反应条件对化学平衡的影响，测得逆反应速率与时间的关系如图所示：通过研究图象发现，反应在t₁、t₃、t₇时都达到了平衡，而t₂、t₈时都改变了一种条件，它们改变的条件分别是t₂升高温度（或增大CO₂的浓度或增大H₂的浓度），t₈使用催化剂或加压（减小容器的体积）．
③测得在容器A中反应进行到t min时，混合气体中CO₂的物质的量为0.3mol，若用150mL 3mol•L^-1的NaOH溶液将其完全吸收，则所得溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（3）CO₂溶于水生成H₂CO₃，已知：常温下，H₂CO₃和HClO的电离常数如下：
H₂CO₃?H⁺+HCO${\;}_{3}^{-}$ Ka₁=4.2×10^-7 mol•L^-1
HCO${\;}_{3}^{-}$?H⁺+CO${\;}_{3}^{2-}$　Ka₂=5.6×10^-11 mol•L^-1
HClO?H⁺+ClO^-　K_a=4.7×10^-8 mol•L^-1
请写出氯气和碳酸钠在物质的量之比为1：1时发生反应的离子方程式：Cl₂+CO₃^2-+H₂O═Cl^-+HClO+HCO₃^-．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，构造目标热化学方程式，反应热也处于相应的系数进行相应的加减，据此计算△H；
（2）①根据公式v=$\frac{△c}{△t}$计算求解，化学平衡常数等于平衡时生成物的浓度幂之积比上反应物浓度幂之积，平衡常数是温度的函数；
②在t₂时刻，v_逆突然增大且平衡逆向移动，故可能的原因是升高反应温度或增加产物CO₂或H₂的浓度等；t₈时刻v_逆突然增大但原平衡没有移动，故改变的条件是使用催化剂或加压，缩小容器体积；
③反应后所得溶液中溶质为等物质的量的Na₂CO₃和NaHCO₃，碳酸钠的水解程度大于碳酸氢钠的水解程度，所以碳酸氢根离子的浓度大于碳酸根离子的浓度，由此分析解答；
（3）利用电离常数可知酸性：H₂CO₃＞HClO＞HCO₃^-，然后应用强酸制弱酸，而氯气与Na₂CO₃以物质的量1：1进行反应时的反应原理为氯气与水反应生成的HCl与Na₂CO₃作用生成NaHCO₃与NaCl，由此分析解答．

解答 解：（1）已知：①2C₃H₈（g）+7O₂（g）=6CO（g）+8H₂O（l）△H₁=-2741.8kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol
根据盖斯定律，①+②×3得2C₃H₈（g）+10O₂（g）=6CO₂（g）+8H₂O（l），△H₃=-2741.8kJ/mol+（-566kJ/mol）×3=-4439.8kJ/mol，
即C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-2219.9kJ/mol，
故答案为：-2219.9；
（2）①利用热化学方程式可知，放出36.9 kJ的热量时消耗n（CO）=$\frac{36.9}{41}$=0.9 mol，故0～t_a，容器A中v（CO）=$\frac{0.9}{1×{t}_{a}}$=$\frac{0.9}{{t}_{a}}$ mol•L^-1•min^-1；化学平衡常数K_a=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.9×0.9}{0.6×1.0}$=1.35；因A、B容器反应温度相同，故反应的平衡常数相等，
故答案为：$\frac{0.9}{{t}_{a}}$；1.35；等于；
②在t₂时刻，v_逆突然增大且平衡逆向移动，故可能的原因是升高反应温度或增加产物CO₂或H₂的浓度等；t₈时刻v_逆突然增大但原平衡没有移动，故改变的条件是使用催化剂或加压，缩小容器体积，
故答案为：升高温度（或增大CO₂的浓度或增大H₂的浓度）；使用催化剂或加压（减小容器的体积）；
③反应后所得溶液中溶质为等物质的量的Na₂CO₃和NaHCO₃，溶液中Na⁺浓度最大，因CO₃^2-水解程度大于HCO₃-，引起c（CO₃^2-）＜c（HCO₃^-）且溶液呈碱性，所以离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（3）利用电离常数可知酸性：H₂CO₃＞HClO＞HCO₃^-，故氯气与Na₂CO₃以物质的量1：1进行反应时的反应原理为氯气与水反应生成的HCl与Na₂CO₃作用生成NaHCO₃与NaCl，HClO与NaHCO₃不能发生反应，故反应的离子方程式为Cl₂+CO₃^2-+H₂O═Cl^-+HClO+HCO₃^-，故答案为：Cl₂+CO₃^2-+H₂O═Cl^-+HClO+HCO₃^-．

点评 本题考查盖斯定律的应用、求化学反应速率、化学平衡常数、影响化学平衡常数的影响因素和离子浓度大小的比较，综合性强，有一定的难度．