Question

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

②Na2CO3(s)==2Na+(aq)+CO32-(aq)△H=－16.44 k J· mol－1

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

請回答：

(1)資料顯示，NaHCO3固體加熱到100℃發生分解，但是加熱 NaHCO3溶液不到80℃就有大量CO2氣體放出，用反應熱角度說明原因_________________________________。

(2) NaHCO3溶液中主要存在2種化學平衡：a.HCO3－+H2OH2CO3+OH－，b.2HCO3－CO32－+H2O+CO2。根據理論計算0.10 mol·.L－1 NaHCO3溶液中2個反應的轉化率隨溫度變化如圖所示(不考慮相互影響)：

①計算25℃0.10mol·L－1NaHCO3溶液中CO2與H2CO3的總濃度最大可能為___________mol·L－1。

②加熱蒸干NaHCO3溶液最后得到的固體是___________。

③25℃時0.10mol·L－1的NaHCO3溶液pH=8.3，加熱到4分鐘溶液沸騰，后保溫到7分鐘。已知常溫下Na2CO3溶液濃度和pH的關系如下表(忽略溫度對Kw的影響)：

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

請在圖中作出 NaHCO3溶液pH隨時間變化曲線______________

II.研究得出當甲烷分解時，幾種氣體平衡時分壓(Pa)與溫度(℃)的關系如圖

(1)T℃時，向1L恒容密閉容器中充入0.3 mol CH4，只發生反應2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)，達到平衡時，c(C2H4)=c(CH4)，CH4的平衡轉化率為___________；上述平衡狀態某一時刻，若改變溫度至T2℃，CH4以0.01mol/(L·s)的平均速率增多，經ts后再次達到平衡，且平衡時，c (CH4)=2c(C2H4)，則t=___________s；

(2)列式計算反應2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)在圖中A點溫度時的平衡常數K=___________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，1g0.05=－1.3)

(3)由圖可知，甲烷裂解制乙炔有副產物乙烯生成，為提高甲烷制乙炔的轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施有_________________________________。

Answer 1

【答案】2HCO3—(aq) == CO32—(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H=+38.28kJmol—1，反應需要的能量比固體小 1.7×10—3 Na2CO3

66.7 % 5 5.0×104 充入適量的乙烯

【解析】

根據圖象信息判斷化學平衡移動方向進而進一步推斷和計算；根據氣體分壓計算平衡常數分析解答；根據三段式分析計算化學平衡中的各組分數據。

(1) 根據所給熱化學方程式結合蓋斯定律可得2HCO3—(aq) == CO32—(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H=+38.28kJmol—1，所以加熱 NaHCO3溶液需要的能量比固體小；

故答案為：2HCO3—(aq) == CO32—(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H=+38.28kJmol—1，反應需要的能量比固體小；

(2) ①根據圖象可知，25℃時，HCO3-的轉化率為0.2%，即生成H2CO3的濃度為：0.10mol·L－1×0.2%=2×10-4mol/L，25℃時，反應b中HCO3—的轉化率為3.0%，即生成CO2的濃度為：0.10mol·L－1×3.0%×=1.5×10-3mol/L，所以25℃0.10mol·L－1NaHCO3溶液中CO2與H2CO3的總濃度最大可能為：2×10-4mol/L+1.5×10-3mol/L=1.7×10—3mol/L；

故答案為：1.7×10—3；

②加熱蒸干NaHCO3溶液，NaHCO3受熱分解生成Na2CO3、CO2、和水，所以最后得到的固體是Na2CO3；

故答案為：Na2CO3；

③根據已知條件，碳酸鈉的起始pH應該為8.3，所以起點從8.3出發，由表格中碳酸鈉的濃度是0.10mol/L時，pH為11.5，即4分鐘時，碳酸鈉溶液的pH為11.5，保溫7分鐘內，pH變化不大；

故答案為：；

II.(1)根據方程式 2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)，假設達到平衡時，生成n(C2H4)為xmol，

起始(n) 0.3mol 0mol 0mol

反應 (n) 2xmol xmol 2xmol

平衡(n) (0.3-2x)mol xmol 2xmol，由于恒容密閉容器體積不變，所以達到平衡時，c(C2H4)=c(CH4)，即n(C2H4)=n(CH4)=x=0.3-2x，計算得x=0.1mol，甲烷的轉化率為：=66.7%，從圖象可知，溫度升高，各氣體的分壓減小，即反應向逆反應方向移動，所以甲烷的物質的量增加，則T2>T，假設再次平衡時乙烯的物質的量是ymol，則根據方程式可知生成甲烷的物質的量是2ymol，因此0.1+2y=2×(0.1-y)，解得y=0.025mol，這說明甲烷的物質的量增加了0. 1mol-0.025mol×2=0.05mol，所以時間t==5s；

故答案為：66.7%；5s；

(2)根據圖象可知，平衡時甲烷、氫氣、乙炔的平均分壓分別是103、104、，所以

A點溫度時的平衡常數為:K==5.0×104；

故答案為；5.0×104；

(3)根據方程式可知，增大乙烯的濃度可以增大甲烷的濃度，進而提高乙炔的轉化率；

故答案為：充入適量的乙烯。