Question

6．丙烷在燃烧时能放出大量的热，它也是液化石油气的主要成分，作为能源应用于人们的日常生产和生活．
已知：①2C₃H8（g）+7O₂（g）=6CO（g）+8H₂O（l）；△H=-2741.8kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol
（1）反应C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）的△H=-2219.9KJ/mol
（2）C₃H₈在不足量的氧气里燃烧，生成CO和CO₂以及气态水，将所有的产物通入一个固定体积的密闭容器中，在一定条件下发生如下可逆反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），△H＞0
①下列事实能说明该反应达到平衡的是bd．
a．体系中的压强不发生变化                  b．υ正（H₂）=υ逆（CO ）
c．混合气体的平均相对分子质量不发生变化    d．CO₂的浓度不再发生变化
②在某温度下，反应物的起始浓度分别为：c（CO）=1mol/L，c（H₂O）=2.41mol/L； 达到平衡后，CO的转化率为60%，该温度下此反应的化学平衡常数为0.5；
（3）CO₂可用NaOH溶液吸收得到Na₂CO₃或NaHCO₃．
①Na₂CO₃俗称纯碱，解释其水溶液呈碱性的原因，用离子方程式表示CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，已知25℃时，Na₂CO₃溶液的水解常数为Kb=2×10^-4，则当溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1时，试求溶液的pH=10．
②现有0.4molCO₂，若用200mL 3mol/LNaOH溶液将其完全吸收，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⁺）
③0.1mol/L Na₂CO₃溶液中c（OH^-）-c（H⁺）=[用含c（HCO₃^-）、c（H₂CO₃）的关系式表示]c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃）
（4）CO可作燃料电池的燃气．用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融盐混合物做电解质，空气与 CO₂的混合气为正极助燃气，制得6500C下工作的燃料电池．该电池总反应方程式为 2CO+O₂═2CO₂，则负极反应式为CO+CO₃^2--2e^-═2CO₂．
（5）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_sp=3.8×10^-9．CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mo1/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为7.6×10^-5mol/L．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律来计算丙烷完全燃烧的反应热；
（2）①利用平衡的特征“等”、“定”及由此衍生的一些量来分析；
②据方程式结合三段式列式计算，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（3）①碳酸钠是强碱弱酸盐，能发生水解生成碳酸氢钠和氢氧化钠而使溶液呈碱性；依据水解平衡常数和电离平衡常数计算溶液PH；
②根据二氧化碳和氢氧化钠之间反应量的关系：按照1：1反应，产物是碳酸氢钠，按照1：2反应，产物是碳酸钠来分析回答；
③根据原子守恒和电荷守恒计算c（OH^-）-c（H⁺）的值；
（4）该燃料电池中，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，总电极反应式减去正极反应式可得负极电极反应式；
（5）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答 解：（1）由①2C₃H₈（g）+7O₂ （g）=6CO （g）+8H₂O△H₁=-2741.8kJ/mol，
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566kJ/mol，
根据盖斯定律可知，$\frac{①+②×3}{2}$可得C₃H₈（g）+5O₂ （g）=3CO₂ （g）+4H₂O，
其反应热为$\frac{（-2741.8KJ/mol）+（-566KJ/mol）×3}{2}$=-2219.9KJ/mol，
故答案为：-2219.9KJ/mol；
（2）①a．由反应可知，反应前后的压强始终不变，则体系中的压强不发生变化，不能判断平衡，故a错误；                   
b．v_正（H₂）=v_逆（CO），说明一氧化碳正逆反应速率相同，说明反应达到平衡状态，故b正确；
c．，因体积不变，气体的总质量不变，所以混合气体的密度始终不变，不发生变化，不能判断平衡，故c错误；               
d．CO₂的浓度不再发生变化，由平衡的特征“定”可知，则化学反应达到平衡，故d正确；
故答案为：bd；
②到平衡后，CO的转化率为60%，则CO的转化的物质的量浓度为1mol/L×60%=0.6mol/L，依据化学平衡三段式列式得到
                       CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L）  1            2.4           0            0
变化量（mol/L）  0.6         0.6         0.6          0.6
平衡量（mol/L） 0.4          1.8         0.6         0.6
平衡常数K=$\frac{0.6×0.6}{0.4×1.8}$=0.5；
故答案为：0.5；
（3）①碳酸钠是强碱弱酸盐，能发生两步水解，第一步水解生成碳酸氢根离子和氢氧根离子，水解方程式为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，Kb=$\frac{C（HC{{O}_{3}}^{-}）c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=2×10^-4，又c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1，则c（OH^-）=10^-4，结合K_W=10^-14，可得c（H⁺）=10^-10，pH=10，
故答案为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；10；
碳酸钠溶液中分步水解显碱性溶液中离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；
c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；
②根据二氧化碳和氢氧化钠之间反应量的关系：按照1：1反应，产物是碳酸氢钠，按照1：2反应，产物是碳酸钠，0.4molCO₂和200mL 3mol/L NaOH溶液混合，二者的物质的量之比是2：3，所的溶液是碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，混合物显碱性c（OH^-）＞c（H⁺），碳酸根离子水解程度大与碳酸氢根离子的水解程度，所以c（CO₃^2-）＜c（HCO₃^-），即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根据原子守恒和电荷守恒计算c（OH^-）-c（H⁺）的值，根据碳原子守恒得，c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（H₂CO₃）=0.1mol/L，根据溶液中电荷守恒得：2×c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（OH^-）=c（Na⁺ ）+c（H⁺ ），c（Na⁺ ）=0.2mol/L，所以c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃），
故答案为：c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃）；
（4）该熔融盐燃料电池中，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为：O₂+2CO₂+4e^-═2 CO₃^2-，电池总反应方程式为2CO+O₂=2CO₂，减去正极反应式可得负极电极反应式为：CO+CO₃^2--2e^-═2CO₂，
故答案为：CO+CO₃^2--2e^-═2CO₂；
（5）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=$\frac{1}{2}$×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）=3.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=$\frac{3.8×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-4}}$mol/L=3.8×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为2×3.8×10^-5mol/L=7.6×10^-5mol/L．
故答案为：7.6×10^-5mol/L．

点评 本题以金属的冶炼为载体，考查化学工艺流程、电解原理、离子浓度大小比较、信息获取等问题，有利于培养学生分析解决问题能力、信息获取与知识移运用，题目难度中等．