Question

含碳化合物种类繁多。回答下列问题：

(1)一定温度下，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H₂O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，已知此温度下，该反应的平衡常数K=16，则平衡时体系中H₂的物质的量分数为_________%。

(2)在催化剂Ru催化下，CO₂与H₂反应可生成CH₄，反应方程式为CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g)。已知H₂的体积分数随温度的升高而增加。若温度从300℃升至400℃，重新达到平衡，则v_正______(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，v_逆_______，平衡常数K________，转化率α________；若在相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，各物质的平衡浓度如下表：

	c(CO2)/mol/L	c(H2)/mol/L	c(CH4)/mol/L	c(H2O)/mol/L
平衡I	a	b	c	d
平衡II	m	n	x	y

则a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为_____________。

(3)已知相关物质的电离平衡常数如下表：

①0.1 mol·L^-1的Na₂CO₃溶液的pH_______(填“大于”“小于”或“等于”)0.1 mol·L^-1的Na₂C₂O₄溶液的pH。

②若将等浓度的草酸溶液和碳酸溶液等体积混合，溶液中粒子浓度大小的顺序正确的是_________(填字母)。

a.c(H⁺)>c(HC₂O₄^-)>c(HCO₃^-)>c(CO₃^2-)       b.c(HCO₃^-)>c(HC₂O₄^-)>c(C₂O₄^2-)>c(CO₃^2-)

c.c(H⁺)>c(HC₂O₄^-)>c(CO₃^2-)>c(C₂O₄^2-)       d.c(H₂CO₃)>c(HCO₃^-)>c(HC₂O₄^-)>c(CO₃^2-)

Answer

40 增大 增大 减小 减小 大于 a

【解析】

(1)假设反应开始时CO(g)和H2O(g)为1 mol，反应达到平衡时产生H2的物质的量为x，根据该温度下平衡常数K=16计算x的值，再计算H2的平衡含量；

(2)温度升高，化学反应速率加快；利用温度升高，H2的含量增大判断反应的热效应，再分析温度对平衡常数及物质平衡转化率的影响；平衡常数的定义式书写平衡常数，利用同一温度下的平衡常数相同计算；

(3)根据盐的水解规律分析、比较。

(1) 假设反应开始时CO(g)和H2O(g)为1 mol，反应达到平衡时产生H2的物质的量为x，根据反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)中物质转化关系可知平衡时n(CO)=n(H2O)=(1-x) mol，n(CO2)=n(H2)=x mol，该反应是反应前后气体体积相等的反应，所以根据平衡常数的含义可得K==16，解得x=0.8 mol，所以平衡时H2的体积分数为：×100%=40%；

(2)对于反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，已知H2的体积分数随温度的升高而增加，说明升高温度，化学平衡逆向移动。根据平衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，所以该反应的正反应为放热反应。若温度从300℃升至400℃，温度升高化学反应速率加快，所以重新达到平衡时v正增大，v逆增大，平衡逆向移动，使平衡常数K减小，反应物的转化率α减小。若在相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，根据各物质的平衡浓度可知平衡I的化学平衡常数K1=，平衡II的化学平衡常数K2=，由于是该反应同一温度下的平衡常数，所以K1= K2，所以；

(3)①根据表格数据可知弱酸的电离平衡常数K2：H2C2O4>H2CO3，Na2CO3、Na2C2O4都是强碱弱酸盐，水解使溶液显碱性，由盐的水解规律：谁弱谁水解，谁强显谁性，越弱越水解，可知水解程度Na2CO3>Na2C2O4，所以两种溶液的pH：Na2CO3>Na2C2O4；

②碳酸H2CO3：Ka1=4.3×10-7，Ka2=5.6×10-11，草酸H2C2O4：Ka1=5.9×10-2，Ka2=6.4×10-5，酸性：H2C2O4>H2CO3，根据酸电离平衡常数越大，该酸电离产生的离子浓度越大，溶液中H+是两种酸电离产生，则H+浓度最大，由于酸电离分步进行，电离平衡常数减小，则该酸电离产生的离子浓度也逐渐减小，酸溶液中主要以酸分子存在，分子浓度大于电离产生的离子浓度，酸性强，则电离程度大，所以c(H2CO3)>c(H2C2O4)，根据电离平衡常数的大小可以得到离子浓度大小顺序是：c(H+)>c(HC2O4-)>c(HCO3-)>c(C2O42-)>c(CO32-)，故合理选项是a。