Question

I.已知：① NaHCO₃(s)==Na⁺(ag)+HCO₃^－(aq)    △H=+18.81kJ·mo1^－1

②Na₂CO₃(s)==2Na⁺(aq)+CO₂(aq)      △H=－16.44 k J· mol^－1

③2NaHCO₃(s)==Na₂CO₃(s)+CO₂(g)+H₂O(1)    △H=+92.34kJ·mol^－1

请回答：

(1)资料显示，NaHCO₃固体加热到100℃发生分解，但是加热 NaHCO₃溶液不到80℃就有大量CO₂气体放出，用反应热角度说明原因_________________________________。

(2) NaHCO₃溶液中主要存在2种化学平衡：a.HCO₃^－+H₂OH₂CO₃+OH^－，b.2HCO₃^－CO₃^2－+H₂O+CO₂。根据理论计算0.10 mol·.L^－1 NaHCO₃溶液中2个反应的转化率随温度变化如图1所示(不考虑相互影响)：

①计算25℃0.10mol·L^－1NaHCO₃溶液中CO₂与H₂CO₃的总浓度最大可能为__________mol·L^－1。

②加热蒸干NaHCO₃溶液最后得到的固体是___________。

③25℃时0.10mol·L^－1的NaHCO₃溶液pH=8.3，加热到4分钟溶液沸腾，后保温到7分钟。已知常温下Na₂CO₃溶液浓度和pH的关系如下表(忽略温度对Kw的影响)：

c(mo1·L^－^1)	饱和	0.20	0.10	0.010	0.0010
pH	12.1	11.8	11.5	11.1	10.6

请在图2中作出 NaHCO₃溶液pH随时间变化曲线_________________

II.研究得出当甲烷分解时，几种气体平衡时分压(Pa)与温度(℃)的关系如图

(1)T℃时，向1L恒容密闭容器中充入0.3 mol CH₄，只发生反应2CH₄(g) C₂H₄(g)+2H₂(g)，达到平衡时，c(C₂H₄)=c(CH₄)，CH₄的平衡转化率为___________；上述平衡状态某一时刻，若改变温度至T₂℃，CH₄以0.01mol/(L·s)的平均速率增多，经ts后再次达到平衡，且平衡时，c (CH₄)=2c(C₂H₄)，则t=___________s；

(2)列式计算反应2CH₄(g)C₂H₂(g)+3H₂(g)在图中A点温度时的平衡常数K=___________(用平衡分压代替平衡浓度计算，1g0.05=－1.3)

(3)由图可知，甲烷裂解制乙炔有副产物乙烯生成，为提高甲烷制乙炔的转化率，除改变温度外，还可采取的措施有_________________________________。

Answer

2HCO3—(aq) == CO32—(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H=+38.28kJ•mol—1，反应需要的能量比固体小 1.7×10—3 Na2CO3

66.7 % 5 5.0×104 充入适量的乙烯

【解析】

根据图象信息判断化学平衡移动方向进而进一步推断和计算；根据气体分压计算平衡常数分析解答；根据三段式分析计算化学平衡中的各组分数据。

(1) 根据所给热化学方程式结合盖斯定律可得2HCO3—(aq) == CO32—(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H=+38.28kJ•mol—1，所以加热 NaHCO3溶液需要的能量比固体小；

故答案为2HCO3—(aq) == CO32—(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H=+38.28kJ•mol—1，反应需要的能量比固体小；

(2) ①根据图象可知，25℃时，HCO3-的转化率为0.2%，即生成H2CO3的浓度为：0.10mol·L－1×0.2%=2×10-4mol/L，25℃时，反应b中HCO3—的转化率为3.0%，即生成CO2的浓度为：0.10mol·L－1×3.0%×=1.5×10-3mol/L，所以25℃0.10mol·L－1NaHCO3溶液中CO2与H2CO3的总浓度最大可能为：2×10-4mol/L+1.5×10-3mol/L=1.7×10—3mol/L；

故答案为1.7×10—3；

②加热蒸干NaHCO3溶液，NaHCO3受热分解生成Na2CO3、CO2、和水，所以最后得到的固体是Na2CO3；

故答案为Na2CO3；

③根据已知条件，碳酸钠的起始pH应该为8.3，所以起点从8.3出发，由表格中碳酸钠的浓度是0.10mol/L时，pH为11.5，即4分钟时，碳酸钠溶液的pH为11.5，保温7分钟内，pH变化不大；

故答案为；

II.(1)根据方程式 2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)，假设达到平衡时，生成n(C2H4)为xmol，

起始(n) 0.3mol 0mol 0mol

反应 (n) 2xmol xmol 2xmol

平衡(n) (0.3-2x)mol xmol 2xmol，由于恒容密闭容器体积不变，所以达到平衡时，c(C2H4)=c(CH4)，即n(C2H4)=n(CH4)=x=0.3-2x，计算得x=0.1mol，甲烷的转化率为：=66.7%，从图象可知，温度升高，各气体的分压减小，即反应向逆反应方向移动，所以甲烷的物质的量增加，则T2>T，假设再次平衡时乙烯的物质的量是ymol，则根据方程式可知生成甲烷的物质的量是2ymol，因此0.1+2y=2×(0.1-y)，解得y=0.025mol，这说明甲烷的物质的量增加了0. 1mol-0.025mol×2=0.05mol，所以时间t==5s；

故答案为66.7%；5s；

(2)根据图象可知，平衡时甲烷、氢气、乙炔的平均分压分别是103、104、，所以

A点温度时的平衡常数为:K==5.0×104；

故答案为；5.0×104；

(3)根据方程式可知，增大乙烯的浓度可以增大甲烷的浓度，进而提高乙炔的转化率；

故答案为充入适量的乙烯。