高中 | 化学平衡常数 题目答案及解析

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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

$\rm I$$\rm HCN$的合成

氰化氢可用甲烷氨氧化法合成,其热化学反应方程式为:${\rm C{{H}_{4}}(g)+N{{H}_{3}}(g)\xrightarrow[1200-1400{}\ ^\circ C]{隔绝空气}HCN(g)+3{{H}_{2}}(g)}\quad\Delta H$

相关化学键的键能数据如下表:

化学键$\rm C-H$$\rm N-H$$\rm C\equiv N$$\rm H-H$
$E\rm (kJ\cdot mo{{l}^{-1}})$$\rm 414$$\rm 393$$\rm 891$$\rm 436.4$

$\rm HCN$的电子式是                ,上述反应的$\Delta H$                

[["

$\\rm +220.8\\ kJ\\cdot mo{{l}^{-1}}$

"]]

$\rm HCN$是共价化合物,电子式是,焓变$\rm =$反应物总键能$\rm -$生成物总键能,${\rm C{{H}_{4}}(g)+N{{H}_{3}}(g)\xrightarrow[1200-1400{\ }^\circ C]{隔绝空气}HCN(g)+3{{H}_{2}}(g)}\quad \Delta H=414\times 4+393\times 3-(891+414+436.4\times 3)=+220.8\rm \ kJ\cdot mo{{l}^{-1}}$

$\rm I$$\rm I$$\rm HCN$的性质

已知$\rm 25\ ^\circ \text{C}$时有关弱电解质的电离平衡常数如下表:

弱电解质化学式$\rm C{{H}_{3}}COOH$$\rm HCN$$\rm {{H}_{2}}C{{O}_{3}}$$\rm HN{{O}_{2}}$$\rm N{{H}_{3}}\cdot {{H}_{2}}O$
电离平衡常数$\rm 1.8\times 1{{0}^{-5}}$$\rm 4.9\times 1{{0}^{-10}}$

${{K}_{1}}=4.3\times 1{{0}^{-7}}$

${{K}_{2}}=5.6\times 1{{0}^{-11}}$

$\rm 7.2\times 1{{0}^{-4}}$$\rm 1.8\times 1{{0}^{-5}}$

试写出$\rm HN{{O}_{2}}$的电离方程式                

[["

$\\rm HN{{O}_{2}}\\rightleftharpoons {{H}^{+}}+NO_{2}^{-}$

"]]

$\rm HN{{O}_{2}}$是弱酸,在水溶液中部分的电离,电离方程式为$\rm HN{{O}_{2}}\rightleftharpoons {{H}^{+}}+NO_{2}^{-}$

$\rm HCN$具有酸性,能与氨水发生反应:$\rm HCN+N{{H}_{3}}\cdot {{H}_{2}}O\rightleftharpoons N{{H}_{4}}^{+}+C{{N}^{-}}+{{H}_{2}}O$$\rm N{{H}_{4}}CN$溶液呈                性;此反应在常温下的平衡常数$K$约为                

[["

碱性;$\\rm 0.882$

"]]

$\rm HCN$具有酸性,能与氨水发生反应:$\rm HCN+N{{H}_{3}}\cdot {{H}_{2}}O\rightleftharpoons NH_{4}^{+}+C{{N}^{-}}+{{H}_{2}}O$,氨水的电离平衡常数大于$\rm HCN$的电离平衡常数,根据“谁强显谁性”,$\rm N{{H}_{4}}CN$溶液呈碱性;此反应在常温下的平衡常数$K=\dfrac{c{\rm (C{{N}^{-}})}c{\rm (NH_{4}^{+})}}{c{\rm (HCN)}c{\rm (N{{H}_{3}}\cdot {{H}_{2}}O)}}=\dfrac{c{\rm (C{{N}^{-}})}c{\rm ({{H}^{+}})}c{\rm (NH_{4}^{+})}c{\rm (O{{H}^{-}})}}{c{\rm (HCN)}c{\rm (N{{H}_{3}}\cdot {{H}_{2}}O)}c{\rm ({{H}^{+}})}c{\rm (O{{H}^{-}})}}=\dfrac{{{K}_{\rm a}}{\rm (HCN)}{{K}_{\rm b}}\rm (N{{H}_{3}}\cdot {{H}_{2}}O)}{K_{\rm w}}=\dfrac{4.9\times {{10}^{-10}}\times 1.8\times {{10}^{-5}}}{1\times {{10}^{-14}}}=0.882$

已知可发生如下反应:$\rm NaCN+HF=HCN+NaF$$\rm NaF+HN{{O}_{2}}=NaN{{O}_{2}}+HF$,则$\rm HF$的电离平衡常数的范围为:                

                $\lt K_{\rm a}\lt $                

[["

$4.9\\times 1{{0}^{-10}}\\lt K_{\\rm a}\\lt 7.2\\times 1{{0}^{-4}}$

"]]

根据$\rm NaCN+HF=HCN+NaF$,可知酸性$\rm HF\gt HCN$,根据$\rm NaF+HN{{O}_{2}}=NaN{{O}_{2}}+HF$,可知酸性$\rm HNO_{2}\gt HF$,则$\rm HF$的电离平衡常数的范围为$4.9\times 1{{0}^{-10}}\lt K_{\rm a}\lt 7.2\times 1{{0}^{-4}}$

$\rm KCN$溶液中通入少量的二氧化碳,其离子反应方程式为                

[["

$\\rm C{{N}^{-}}+{{H}_{2}}O+C{{O}_{2}}=HCN+HCO_{3}^{-}$

"]]

酸性$\rm {{H}_{2}}C{{O}_{3}}\gt HCN\gt HCO_{3}^{-}$,根据“强酸制弱酸”,在$\rm KCN$溶液中通入少量的二氧化碳生成碳酸氢钠和$\rm HCN$,其离子反应方程式为$\rm C{{N}^{-}}+{{H}_{2}}O+C{{O}_{2}}=HCN+HCO_{3}^{-}$

常温下浓度均为$\rm 0.1\ mol\cdot {{L}^{-1}}$$\rm NaCN$$\rm HCN$的混合溶液中,以下推断正确的是                  。

$\rm A$.混合溶液$\rm pH\gt 7$   

$\rm B$$\rm \left[ N{{a}^{+}} \right]=\left[ C{{N}^{-}} \right]+ [ HCN ]$

$\rm C$$\rm 2\left[ {{H}^{+}} \right]=\left[ C{{N}^{-}} \right]+ [ HCN ] +2\left[ O{{H}^{-}} \right]$   

$\rm D$$\rm \left[ N{{a}^{+}} \right]\gt \left[ C{{N}^{-}} \right]\gt [ HCN ]\gt \left[ O{{H}^{-}} \right]\gt \left[ {{H}^{+}} \right]$

[["

$\\rm A$

"]]

$\rm A$$\rm HCN$电离常数为$\rm 4.9\times 1{{0}^{-10}}$$\rm CN^{-}$水解常数为$\rm \dfrac{1\times {{10}^{-14}}}{4.9\times {{10}^{-10}}}=2\times {{10}^{-5}}$,水解大于电离,混合溶液$\rm pH\gt 7$,故$\rm A$正确。

$\rm B$.根据物料守恒$\rm 2\left[ N{{a}^{+}} \right]=\left[ C{{N}^{-}} \right]+ [ HCN ]$,故$\rm B$错误。

$\rm C$.根据质子守恒,$\rm 2\left[ {{H}^{+}} \right]=\left[ C{{N}^{-}} \right]- [ HCN ] +2\left[ O{{H}^{-}} \right]$,故$\rm C$错误。

$\rm D$$\rm CN^{-}$水解大于$\rm HCN$电离,所以$\rm [ HCN ]\gt \left[ N{{a}^{+}} \right]\gt \left[ C{{N}^{-}} \right]\gt \left[ O{{H}^{-}} \right]\gt \left[ {{H}^{+}} \right]$,故$\rm D$错误。

Ⅲ.$\rm HCN$$\rm C{{N}^{-}}$的处理

$\rm HCN$是一种无色、有毒、易溶于水的气体,易在空气中均匀弥散,并易产生爆炸。国家重点实验室对密闭空间内的$\rm HCN$气体进行了消毒研究,研究中采用$\rm N{{H}_{3}}$$\rm {{H}_{2}}{{O}_{2}}$气雾、$\rm N{{H}_{3}}-{{H}_{2}}{{O}_{2}}$气雾和水雾分别单独对$\rm HCN$进行消毒。由图可知                  为最佳消毒试剂。

水雾、$\rm N{{H}_{3}}{{H}_{2}}{{O}_{2}}$气雾、$\rm N{{H}_{3}}-{{H}_{2}}{{O}_{2}}$气雾对$\rm HCN$的消毒效果对比

$\rm A$.水雾   

$\rm B$$\rm N{{H}_{3}}$   

$\rm C$$\rm {{H}_{2}}{{O}_{2}}$气雾   

$\rm D$$\rm N{{H}_{3}}-{{H}_{2}}{{O}_{2}}$气雾

[["

$\\rm D$

"]]

根据图示,$\rm N{{H}_{3}}-{{H}_{2}}{{O}_{2}}$气雾对$\rm HCN$进行消毒的效果最好,所以最佳消毒试剂为$\rm N{{H}_{3}}-{{H}_{2}}{{O}_{2}}$气雾,选$\rm D$

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