一定条件下,水气变换反应 2 2 2CO H O CO H…——2023 高考化学第 18 题答案解析

2023_山东卷 (化学)

2023 山东 第 18 题 填空题 区分题
2023_山东卷 (化学)

20. 一定条件下,水气变换反应 2 2 2CO H O CO H+ +ƒ的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程,
研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分子反应:
Ⅰ. 2HCOOH CO H O( )+ƒ快
Ⅱ. 2 2HCOOH CO H+ƒ慢
研究发现,在反应Ⅰ、Ⅱ中,H+仅对反应Ⅰ有催加速作用;反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ,近似认为反应Ⅰ建立平衡

后始终处于平衡状态。忽略水电离,其浓度视为常数。回答下列问题:
(1)一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为 1ΔH、 2ΔH,则该条件下水气变换反应的焓变Δ$H=_____($用
含 1 2ΔHΔH、的代数式表示)。
(2)反应Ⅰ正反应速率方程为: $v kc H c HCOOH+=$ ×,k 为反应速率常数。 1T温度下,HCOOH电
离平衡常数为 aK,当HCOOH平衡浓度为 1xmol L-×时,H+浓度为_____ 1mol L-×,此时反应Ⅰ应速率
$v=_____ 1 1mol L h- -$× ×(用含 aK x、和 k 的代数式表示)。
(3) 3T温度下,在密封石英管内完全充满 11.0mol L HCOOH-×水溶液,使HCOOH分解,分解产物均
完全溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。 1t时刻测得
2CO CO、的浓度分别为 1 10.70mol L 0.16mol L- -× ×,反应Ⅱ达平衡时,测得 2H的浓度为 1ymol L-×。体
系达平衡后
$2c COc CO=_____($用含 y 的代数式表示,下同),反应Ⅱ的平衡常数为_____。
相同条件下,若反应起始时溶液中同时还含有 10.10mol L-×盐酸,则图示点a b c d、、、中,CO的浓度
峰值点可能是_____(填标号)。与不同盐酸相比,CO达浓度峰值时, 2CO浓度_____(填“增大”“减小”
或“不变” ),
c COc HCOOH的反应_____(填“增大”“减小”或“不变” )。

参考答案

(1) 2ΔH- 1ΔH; (2) ①. aK x ②. akx K x; (3) ①. 5 56yy- ②. 261yy- ③. a; (4) 减小; (5) 不变

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【答案】 (1) 2ΔH- 1ΔH
(2) ①. aK x ②. akx K x
(3) ①.
5 56yy-
②.
261yy-
③. a ④. 减小 ⑤. 不变
【解析】
【小问 1 详解】

根据盖斯定律,反应 II-反应 I=水气变换反应,故水气变换反应的焓变 HD= 2ΔH- 1ΔH;
【小问 2 详解】
T1 温度时,HCOOH 建立电离平衡:
- +-1 - +HCOOH HCOO + H(mol L x c(HCOO ) c(H )·ƒ平衡浓度)( ) ( )( )$ac HCOO c HKc HCOOH- +=$,c(HCOO-)=c(H+),故 c(H+)= aK x。
$v kc H c HCOOH+=$ ×$akx K x=$。
小问 3 详解】
t1 时刻时,c(CO)达到最大值,说明此时反应 I 达平衡状态。此时
2-11HCOOH CO + H Ot (mol L 0.70 0.70·ƒ时刻转化浓度)2 2-11HCOOH CO + Ht (mol L 0.16 0.16 0.16·ƒ时刻转化浓度)
故 t1 时刻 c(HCOOH)=1.0-0.70-0.16=0.14 mol·L-1,K(I)=
( ) $0.705( ) 0.14c COc HCOOH= =$。t1 时刻→反应 II
达平衡过程,
21-1HCOOH CO + H Ot II(mol La a·ƒ时刻到反应平衡转化浓度)2 21-1HCOOH CO + Ht II(mol Lb b b·ƒ时刻到反应平衡转化浓度)
则 c(H2)=b+0.16=y,b=(y-0.16)mol·L-1,c(HCOOH)=0.14-a-b=0.3-a-y,c(CO)=a+0.7,K(I)=
( ) $0.35( ) 0.7c CO a yc HCOOH a- -= =+$,a=0.8 56y-。故
$2c COc CO=0.8 50.76yy-+$=
5 56yy-
,K(II)=
$22 2( ) ( )60.8 5( ) 10.76c CO c Hy y yyc HCOOH y= =--+g$
。
加入 0.1 mol·L-1 盐酸后,H+对反应 I 起催化作用,加快反应 I 的反应速率,缩短到达平衡所需时间,故
【

CO 浓度峰值提前,由于时间缩短,反应Ⅱ消耗的HCOOH 减小,体系中 HCOOH 浓度增大,导致 CO 浓度
大于 t1 时刻的峰值,故 c(CO)最有可能在 a 处达到峰值。此时 c(CO2)会小于不含盐酸的浓度,
c COc HCOOH=K(I),温度不变,平衡常数不变,则
c COc HCOOH的值不变。

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