Question

10．能源的相互转化和利用是科学家研究的重要课题．
（1）将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气．反应为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1．
①该反应自发进行的外界条件是较高温度．
②在一个恒容的密闭容器中，一定温度下发生上述反应，下列能判断该反应达到化学平衡状态的是BC （填相应的编号）．
A．CO和H₂的体积分数相同
B．1mol H-H键断裂的同时断裂2mol H-O键
C．容器中的压强不变
D．消耗H₂O的速率等于生成H₂的速率
（2）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，在催化剂存在下进行反应：
 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），得到如表中二组数据：

实验组	温度/℃	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该反应的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②计算实验2条件下平衡常数的值K=0.17．
（3）pKa表示的是弱电解质电离平衡常数的负对数，即pKa=-lgKa，有关数据如图：
①0.01mol•L^-1NaHSO₃溶液的pH=b_l，0.01mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH=b₂，则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^-），则以下四种微粒K⁺、H₂SO₃、HSO₃^-、SO₃^2-，其浓度由大到小的顺序为c（K⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）．

Answer 1

分析 （1）①反应能否自发进行根据公式△G=△H-T△S＜0计算；
②反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生改变，由此衍生的一些物理量也不变，以此判断；
（2）①第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时CO₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应；
②利用三段式计算平衡时，各组分的物质的量，该反应是气体体积不变的反应，故利用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式计算平衡常数；
（3）①根据pKa越小，电离平衡常数Ka越大，则对应酸的酸性就强，利用酸越弱则强碱弱酸盐的水解程度越大来分析；
②H₂SO₃与KOH以1：1的物质的量比反应生成KHSO₃，利用KHSO₃溶液呈酸性，则HSO₃^-的电离大于其水解来分析．

解答 解：（1）①由热化学反应方程式可知，反应为焓增，熵增过程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0时反应能自发进行，较高温度下才能保证△G=△H-T△S＜0；
故答案为：较高温度；
 ②A．无论反应是否达到平衡状态，都存在c（CO）=c（H₂），故A错误；
B.1mol H-H键断裂的同时断裂2molH-O键，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故B正确；
C．反应在一个容积不变的密闭容器中进行，容器中的压强由气体的物质的量决定，当压强不变时，气体的物质的量就不变，气体的物质的量浓度也不变，说明达到平衡，故C正确； 
D．消耗H₂O的速率和生成H₂的速率都指正反应速率，故D错误；
故答案为：BC；
（2）①实验1中CO的转化率为$\frac{4mol-2.4mol}{4mol}$×100%=40% 实验2中CO的转化率为 $\frac{2mol-1.6mol}{2mol}$×100%=20%则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应放热；
故答案为：＜；
②平衡时CO的物质的量为1.6mol，则：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol）：2      1        0        0
变化（mol）：0.4    0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    0.6      0.4      0.4
该反应前后气体体积不变，故利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故900℃时该反应平衡常数k=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=0.17，
故答案为：0.17；
（3）①由pKa数据可知，亚硫酸的pKa小于碳酸，则酸性比碳酸的强，相同浓度的NaHSO₃溶液比NaHCO₃溶液中酸根离子的水解程度弱，则NaHSO₃溶液的pH小，即b_l＜b₂，故答案为：＜；
②反应后溶液的溶质为KHSO₃，又KHSO₃溶液呈酸性，则HSO₃^-的电离大于其水解，电离生成SO₃^2-离子，水解生成H₂SO₃，则c（K⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），故答案为：c（K⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）．

点评 本题考查化学平衡计算以及化学平衡移动等问题以及溶液PH的大小比较、酸碱混合后溶液中的离子的浓度关系等，题目侧重于反应原理的应用，题目综合性较强，难度中等．