Question

(13分)按要求完成下列各小題。
(1)用CO₂來生產燃料甲醇的反應原理：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，某些化學鍵的鍵能數據如下表：

化學鍵	C－C	C－H	H－H	C－O	C=O	H－O
鍵能/kJ·mol-1	348	413	436	358	750	463

計算反應上述反應的焓變△H=_______________________
寫出上述反應的平衡常數表達式K=__________________，若升高溫度，則平衡常數K________(填“增大”或“減小”或“不變”)。該反應的△S______0(填“>”或“<”或“=”)，在 _________(填“較高”或“較低”)溫度下有利于該反應自發進行。
(2)在25℃下，向濃度均為0．01 mol?L^-1的MgCl₂和AlCl₃混合溶液中逐滴加入氨水，先生成__________沉淀(填化學式)，生成該沉淀的離子方程式為________________。
（已知25℃時K_sp[Mg(OH)₂]=1.8×10^-11，K_sp[Al(OH)₃]=3×10^-34。）
(3)某溫度(t℃)時，測得0.01mol·L^-1的NaOH溶液的pH＝11。在此溫度下，將pH＝2的H₂SO₄溶液V_aL與pH＝12的NaOH溶液V_bL混合，若所得混合液為中性，則V_a︰V_b＝              。
(4)在25℃時，將cmol·L^-1的醋酸溶液與0.02mol·L^-1NaOH溶液等體積混合后溶液剛好呈中性，用含c的代數式表示CH₃COOH的電離常數K_a=____________________。

Answer 1

（13分）
(1) -178 kJ·mol^-1 (2分)， (1分)，減小(1分)，<(1分)，較低(1分)
(2)Al(OH)₃(1分)   Al³⁺+3NH₃·H₂O==Al(OH)₃↓+3NH₄⁺ (2分)
(3)10:1 (2分)
(4)2×10^—9/(c—0.02) (2分)

試題分析：（1）反應熱就是斷鍵吸收的能量和形成化學鍵所放出的能量的差值，所以根據鍵能可知，該反應的反應熱是△H＝750kJ/mol×2＋436kJ/mol×3－413kJ/mol3－463kJ/mol×3－358kJ/mol＝－178kJ/mol；化學常數是在一定條件下的可逆反應中，當可逆反應反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據反應的方程式可知，該反應的平衡常數是K＝；正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小；根據方程式可知，正反應是體積減小的，所以△S小于0；根據△G＝△H－T·△S可知，要使反應是自發的，則△G必需小于0，所以反應在較低的溫度下是自發的。
（2）根據溶度積常數的表達式可知，生成氫氧化鎂沉淀時需要的OH^－濃度是；同樣可知生成氫氧化鋁沉淀時需要的OH^－濃度是，所以首先生成的是氫氧化鋁沉淀，反應的離子方程式是Al³⁺+3NH₃·H₂O==Al(OH)₃↓+3NH₄⁺。
（3）0.01mol·L^-1的NaOH溶液的pH＝11，所以溶液中氫離子濃度是1×10^－11mol/L，而OH^－濃度是0.01mol/L，則該溫度下水的離子積常數K_w=10。pH＝2的H₂SO₄溶液V_aL與pH＝12的NaOH溶液V_bL混合，若所得混合液為中性，則，所以V_a︰V_b＝10:1。
（4）cmol·L^-1的醋酸溶液與0.02mol·L^-1NaOH溶液等體積混合后溶液剛好呈中性，所以根據電荷守恒可知、而溶液中氫離子濃度是1×10^－7mol/L.根據物料守恒可知，溶液中醋酸的濃度是0.5c－0.01，所以該溫度下醋酸的電離常數K_a=＝2×10^—9/(c—0.02)。
點評：在利用水的離子積常數進行有關計算時，必需注意水的離子積常數與溫度有關系，由于電離是吸熱的，所以水的離子積常數隨溫度的升高而增大，只有在常溫常壓下pH＝7的溶液才是顯酸性的；同樣平衡常數、溶度積常數以及電離平衡常數都是只與溫度有關系的，且是在達到平衡狀態對應的常數，所以在進行有關計算需要特別注意。