高中 | 化学平衡常数 题目答案及解析

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高中 | 化学平衡常数题目答案及解析如下,仅供参考!

选修四

第二章 化学反应速率和化学平衡

第三节 化学平衡

化学平衡常数

化学平衡常数在定性分析与定量分析中应用广泛。

一定温度下,在密闭容器中反应:${{\text{I}}_{2}}\left( \text{g} \right)+{{\text{H}}_{2}}\left( \text{g} \right)=2\text{HI}\left( \text{g} \right)$,测得如下数据。

开始浓度$\rm 10$ $\rm s$$\rm 20$ $\rm s$$\rm 30$ $\rm s$
$c\left(\mathrm{I}_2\right) / \mathrm{mol} \cdot \mathrm{L}^{-1}$$\rm 0.50$$\rm 0.22$$\rm 0.11$$\rm 0.11$
$c\left( {{\text{H}}_{2}} \right)/\text{mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$$\rm 0.50$$\rm 0.22$$\rm 0.11$$\rm 0.11$
$c\left( \text{HI} \right)/\text{mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$$\rm 0.00$$\rm 0.56$$\rm 0.78$$\rm 0.78$

①该温度下,${{\text{I}}_{2}}$的平衡转化率为                

②该温度下,当初始投入浓度为$c\left( {{\text{I}}_{2}} \right)=0.44\text{ mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$$c\left( {{\text{H}}_{2}} \right)=0.44\text{ mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$$c\left( \text{HI} \right)=4.00\text{ mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$时进行实验,结合计算说明反应进行的方向                

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$\\rm 78\\%$ ; 该温度下$K=\\dfrac{{{0.78}^{2}}}{0.11\\times 0.11}$$Q=\\dfrac{{{4.00}^{2}}}{0.44\\times 0.44}\\gt K$,所以此时反应向逆反应方向进行

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①由表中数据可知平衡时碘单质的物质的量为$\rm 0.11$ $\rm mol/L$,则${{\text{I}}_{2}}$的平衡转化率为$\dfrac{\left( 0.50-0.11 \right)\text{ mol/L}}{0.50\text{ mol/L}}\times 100\%=78\%$

②由表中数据可知平衡时:$c\left( {{\text{I}}_{\text{2}}} \right)=0.11\text{ mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$$c\left( {{\text{H}}_{\text{2}}} \right)=0.11\text{ mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$$c\left( \text{HI} \right)=0.78\text{ mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$,则该反应的平衡常数$K=\dfrac{{{0.78}^{2}}}{0.11\times 0.11}$,该温度下,当初始投入浓度为$c\left( {{\text{I}}_{2}} \right)=0.44\text{ mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$$c\left( {{\text{H}}_{2}} \right)=0.44\text{ mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$$c\left( \text{HI} \right)=4.00\text{ mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$时进行实验,${{Q}_{\text{c}}}=\dfrac{{{4.00}^{2}}}{0.44\times 0.44}=\dfrac{1}{0.11\times 0.11}\gt K$,则反应向逆反应方向进行。

已知:$25\ {}^\circ \text{C}$时,${{\text{H}}_{2}}\text{S}{{\text{O}}_{3}}$${{\text{H}}_{2}}\text{C}{{\text{O}}_{3}}$$\text{HClO}$$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{COOH}$的电离平衡常数如下表。

物质${{\text{H}}_{2}}\text{S}{{\text{O}}_{3}}$${{\text{H}}_{2}}\text{C}{{\text{O}}_{3}}$$\text{HClO}$$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{COOH}$
电离平衡常数${{K}_{\text{a}1}}=1.4\times {{10}^{-2}}$,${K}_{\mathrm{a} 2}=6.0 \times 10^{-8}$${{K}_{\text{al}}}=4.5\times {{10}^{-7}}$,${{K}_{\text{a}2}}=4.7\times {{10}^{-11}}$${{K}_{\text{a}}}=4.0\times {{10}^{-8}}$${{K}_{\text{a}}}=1.8\times {{10}^{-5}}$

$25\ {}^\circ \text{C}$时,相同物质的量浓度的$\rm (a){{\text{H}}_{2}}\text{S}{{\text{O}}_{3}}$$\rm (b){{\text{H}}_{2}}\text{C}{{\text{O}}_{3}}$$\rm (c)\text{HClO}$$\rm (d)\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{COOH}$溶液,$c\left(\mathrm{H}^{+}\right)$由大到小的顺序为                $\rm ($$\rm a$$\rm b$$c$$\rm d$表示$\rm )$

②根据上表写出向$\text{NaClO}$溶液通入少量$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$的离子方程式                

$25\ {}^\circ \text{C}$时,向$20\text{ mL }1.0\text{ mol}/\text{L C}{{\text{H}}_{3}}\text{COOH}$溶液中加入$x\text{ mL }1.0\text{ mol}/\text{L NaOH}$溶液并充分反应,据此回答下列问题:

${\rm (i)}x=10$时,溶液中的$c\left( {{\text{H}}^{+}} \right)=$                ,溶液中的各溶质微粒浓度从大到小排序为                

$\rm (ii)$溶液$\text{pH}=7$时,$x$                $\rm 20($填“$\rm \gt $”,“$\rm \lt $”或“$\rm =$$\rm )$

${\rm (iii)}x=20$时,该溶液中的电荷守恒关系式为                ;质子守恒关系式为                

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$\\text{a}\\gt \\text{d}\\gt \\text{b}\\gt \\text{c}$$\\text{C}{{\\text{O}}_{2}}+\\text{Cl}{{\\text{O}}^{-}}+{{\\text{H}}_{2}}\\text{O}=\\text{HCO}_{3}^{-}+\\text{HClO}$$1.8\\times {{10}^{-5}}\\text{ mol}/\\text{L}$$c\\left( \\text{C}{{\\text{H}}_{3}}\\text{CO}{{\\text{O}}^{-}} \\right)\\gt c\\left( \\text{N}{{\\text{a}}^{+}} \\right)\\gt c\\left( \\text{C}{{\\text{H}}_{3}}\\text{COOH} \\right)\\gt c\\left( {{\\text{H}}^{+}} \\right)\\gt c\\left( \\text{O}{{\\text{H}}^{-}} \\right)$$\\rm \\lt $$c\\left( \\text{N}{{\\text{a}}^{+}} \\right)+c\\left( {{\\text{H}}^{+}} \\right)=c\\left( \\text{C}{{\\text{H}}_{3}}\\text{CO}{{\\text{O}}^{-}} \\right)+c\\left( \\text{O}{{\\text{H}}^{-}} \\right)$$c\\left( \\text{O}{{\\text{H}}^{-}} \\right)=c\\left( \\text{C}{{\\text{H}}_{3}}\\text{COOH} \\right)+c\\left( {{\\text{H}}^{+}} \\right)$

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$25\ {}^\circ \text{C}$时,相同物质的量浓度的$\rm (a){{\text{H}}_{2}}\text{S}{{\text{O}}_{3}}$$\rm (b){{\text{H}}_{2}}\text{C}{{\text{O}}_{3}}$$\rm (c)\text{HClO}$$\rm (d)\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{COOH}$溶液,氢离子浓度主要取决于各种酸的一级电离程度的大小,由表中数据:${{K}_{\text{a1}}}\text{(}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}{{\text{O}}_{\text{3}}}\text{)}\gt {{K}_{\text{a}}}\text{(C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH)}\gt {{K}_{\text{a1}}}\text{(}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{O}}_{\text{3}}}\text{)}\gt {{K}_{\text{a}}}\text{(HClO)}$,则溶液中$c\left( {{\text{H}}^{+}} \right)$由大到小的顺序为$\text{a}\gt \text{d}\gt \text{b}\gt \text{c}$

②根据上表,由电离常数可知酸性:${{\text{H}}_{2}}\text{C}{{\text{O}}_{3}}\rm \gt \text{HClO}\rm \gt \text{HCO}_{3}^{-}$,根据强酸制弱酸原理,向$\text{NaClO}$溶液通入少量$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$,反应的产物只能是$\text{HClO}$$\text{NaHCO}_{3}^{{}}$,的离子方程式:$\text{C}{{\text{O}}_{2}}+\text{Cl}{{\text{O}}^{-}}+{{\text{H}}_{2}}\text{O}=\text{HCO}_{3}^{-}+\text{HClO}$

$25\ {}^\circ \text{C}$时,向$20\text{ mL }1.0\text{ mol}/\text{L C}{{\text{H}}_{3}}\text{COOH}$溶液中加入$x\text{ mL }1.0\text{ mol}/\text{L NaOH}$溶液并充分反应:

${\rm (i)}x=10$时,所得溶液为等物质的量浓度的醋酸和醋酸钠混合溶液, $c\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{CO}{{\text{O}}^{-}} \right)\approx c\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH} \right)$,结合醋酸电离平衡常数${{K}_{\text{a}}}=\dfrac{c\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{CO}{{\text{O}}^{-}} \right)\cdot c\text{(}{{\text{H}}^{+}}\text{)}}{c\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH} \right)}=c\text{(}{{\text{H}}^{+}}\text{)}=1.8\times {{10}^{-5}}$ $\mathrm{mol} \cdot \mathrm{L}^{-1}$,则溶液中的$c\left( {{\text{H}}^{+}} \right)=1.8\times {{10}^{-5}}\text{ mol}/\text{L}$,该混合溶液呈酸性,则醋酸的电离程度大于醋酸钠的水解程度,故溶液中的各溶质微粒浓度从大到小排序为:$c\left( \text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{CO}{{\text{O}}^{-}} \right)\gt c\left( \text{N}{{\text{a}}^{+}} \right)\gt c\left( \text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{COOH} \right)\gt c\left( {{\text{H}}^{+}} \right)\gt c\left( \text{O}{{\text{H}}^{-}} \right)$

$\rm (ii)$溶液$\text{pH}=7$时,所得溶液中溶质主要成分为醋酸钠、同时含少量醋酸,则氢氧化钠溶液未完全中和醋酸,即$x\lt 20$

${\rm (iii)}x=20$时,恰好中和,所得溶液为醋酸钠该溶液,电荷守恒关系式为$c\left( \text{N}{{\text{a}}^{+}} \right)+c\left( {{\text{H}}^{+}} \right)=c\left( \text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{CO}{{\text{O}}^{-}} \right)+c\left( \text{O}{{\text{H}}^{-}} \right)$;物料守恒式为:$c\left( \text{N}{{\text{a}}^{+}} \right)=c\left( \text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{CO}{{\text{O}}^{-}} \right)+c\left( \text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{COOH} \right)$,二式合并得质子守恒关系式为:$c\left( \text{O}{{\text{H}}^{-}} \right)=c\left( \text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{COOH} \right)+c\left( {{\text{H}}^{+}} \right)$

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