Question

6．丙烷在燃燒時(shí)能放出大量的熱，它也是液化石油氣的主要成分，作為能源應(yīng)用于人們的日常生產(chǎn)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）反應(yīng)C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）的△H=-2219.9KJ/mol
（2）C₃H₈在不足量的氧氣里燃燒，生成CO和CO₂以及氣態(tài)水，將所有的產(chǎn)物通入一個固定體積的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生如下可逆反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），△H＞0
①下列事實(shí)能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡的是bd．
a．體系中的壓強(qiáng)不發(fā)生變化                  b．υ正（H₂）=υ逆（CO ）
c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不發(fā)生變化    d．CO₂的濃度不再發(fā)生變化
②在某溫度下，反應(yīng)物的起始濃度分別為：c（CO）=1mol/L，c（H₂O）=2.41mol/L； 達(dá)到平衡后，CO的轉(zhuǎn)化率為60%，該溫度下此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為0.5；
（3）CO₂可用NaOH溶液吸收得到Na₂CO₃或NaHCO₃．
①Na₂CO₃俗稱純堿，解釋其水溶液呈堿性的原因，用離子方程式表示CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，已知25℃時(shí)，Na₂CO₃溶液的水解常數(shù)為Kb=2×10^-4，則當(dāng)溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1時(shí)，試求溶液的pH=10．
②現(xiàn)有0.4molCO₂，若用200mL 3mol/LNaOH溶液將其完全吸收，溶液中離子濃度由大到小的順序?yàn)椋篶（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）的關(guān)系式表示]c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃）
（4）CO可作燃料電池的燃?xì)猓�用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融鹽混合物做電解質(zhì)，空氣與 CO₂的混合氣為正極助燃?xì)�，制�?500C下工作的燃料電池．該電池總反應(yīng)方程式為 2CO+O₂═2CO₂，則負(fù)極反應(yīng)式為CO+CO₃^2--2e^-═2CO₂．
（5）CO₂在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其K_sp=3.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mo1/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為7.6×10^-5mol/L．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算丙烷完全燃燒的反應(yīng)熱；
（2）①利用平衡的特征“等”、“定”及由此衍生的一些量來分析；
②據(jù)方程式結(jié)合三段式列式計(jì)算，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（3）①碳酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，能發(fā)生水解生成碳酸氫鈉和氫氧化鈉而使溶液呈堿性；依據(jù)水解平衡常數(shù)和電離平衡常數(shù)計(jì)算溶液PH；
②根據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉之間反應(yīng)量的關(guān)系：按照1：1反應(yīng)，產(chǎn)物是碳酸氫鈉，按照1：2反應(yīng)，產(chǎn)物是碳酸鈉來分析回答；
③根據(jù)原子守恒和電荷守恒計(jì)算c（OH^-）-c（H⁺）的值；
（4）該燃料電池中，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，總電極反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式可得負(fù)極電極反應(yīng)式；
（5）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）計(jì)算沉淀時(shí)混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中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，
根據(jù)蓋斯定律可知，$\frac{①+②×3}{2}$可得C₃H₈（g）+5O₂ （g）=3CO₂ （g）+4H₂O，
其反應(yīng)熱為$\frac{（-2741.8KJ/mol）+（-566KJ/mol）×3}{2}$=-2219.9KJ/mol，
故答案為：-2219.9KJ/mol；
（2）①a．由反應(yīng)可知，反應(yīng)前后的壓強(qiáng)始終不變，則體系中的壓強(qiáng)不發(fā)生變化，不能判斷平衡，故a錯誤；                   
b．v_正（H₂）=v_逆（CO），說明一氧化碳正逆反應(yīng)速率相同，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．，因體積不變，氣體的總質(zhì)量不變，所以混合氣體的密度始終不變，不發(fā)生變化，不能判斷平衡，故c錯誤；               
d．CO₂的濃度不再發(fā)生變化，由平衡的特征“定”可知，則化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，故d正確；
故答案為：bd；
②到平衡后，CO的轉(zhuǎn)化率為60%，則CO的轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量濃度為1mol/L×60%=0.6mol/L，依據(jù)化學(xué)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
變化量（mol/L）  0.6         0.6         0.6          0.6
平衡量（mol/L） 0.4          1.8         0.6         0.6
平衡常數(shù)K=$\frac{0.6×0.6}{0.4×1.8}$=0.5；
故答案為：0.5；
（3）①碳酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，能發(fā)生兩步水解，第一步水解生成碳酸氫根離子和氫氧根離子，水解方程式為：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，則c（OH^-）=10^-4，結(jié)合K_W=10^-14，可得c（H⁺）=10^-10，pH=10，
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；10；
碳酸鈉溶液中分步水解顯堿性溶液中離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；
c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；
②根據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉之間反應(yīng)量的關(guān)系：按照1：1反應(yīng)，產(chǎn)物是碳酸氫鈉，按照1：2反應(yīng)，產(chǎn)物是碳酸鈉，0.4molCO₂和200mL 3mol/L NaOH溶液混合，二者的物質(zhì)的量之比是2：3，所的溶液是碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物，混合物顯堿性c（OH^-）＞c（H⁺），碳酸根離子水解程度大與碳酸氫根離子的水解程度，所以c（CO₃^2-）＜c（HCO₃^-），即c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
③根據(jù)原子守恒和電荷守恒計(jì)算c（OH^-）-c（H⁺）的值，根據(jù)碳原子守恒得，c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（H₂CO₃）=0.1mol/L，根據(jù)溶液中電荷守恒得：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），
故答案為：c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃）；
（4）該熔融鹽燃料電池中，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為：O₂+2CO₂+4e^-═2 CO₃^2-，電池總反應(yīng)方程式為2CO+O₂=2CO₂，減去正極反應(yīng)式可得負(fù)極電極反應(yīng)式為：CO+CO₃^2--2e^-═2CO₂，
故答案為：CO+CO₃^2--2e^-═2CO₂；
（5）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=$\frac{1}{2}$×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根據(jù)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溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為2×3.8×10^-5mol/L=7.6×10^-5mol/L．
故答案為：7.6×10^-5mol/L．

點(diǎn)評 本題以金屬的冶煉為載體，考查化學(xué)工藝流程、電解原理、離子濃度大小比較、信息獲取等問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題能力、信息獲取與知識移運(yùn)用，題目難度中等．