2023年高考山东卷化学第20题解析

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山东高考20题解析

20．（12分）一定条件下，水气变换反应CO＋H₂O  CO₂＋H₂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解反应：

I．HCOOHCO＋H₂O（快）

II．HCOOHCO₂＋H₂（慢）

研究发现，在反应I，II中，H 仅对反应I有催化加速作用；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。忽略水的电离，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∆H₁、∆H₂，则该条件下水气变换反应的焓变ΔH＝            （用含∆H₁、∆H₂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。T₁温度下，HCOOH电离平衡常数为Ka，当HCOOH平衡浓度为xmol·L^-1时，H 浓度为＿＿＿＿ mol·L^-1，此时反应I正反应速率v＝    mol·L^-1·h^-1（用含Ka，x和k的代数式表示）。

（3）T₁温度下，在密封石黄管内完全充满1.0mol·L^-1HCOOH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）。t₁时刻测得CO、CO₂的浓度分别为0.70mol·L^-1，0.16mol·L^-1，反应达平衡时，测得H₂的浓度为ymol·L^-1”。体系达平衡后 =＿＿＿＿（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0.10mol·L^-1盐酸，则图示点a．b，c，d中，CO新的浓度峰值点可能是＿＿＿（填标号）。与不含盐酸相比，CO达浓度峰值时，CO₂浓

度               （填“增大”“减小”或“不变”）。的值          （填“增大”“减小”或“不变”）。

20题参考答案：

（1）∆H₂-∆H_1；

（2）、

（3）、、a、减小、不变

解析：（1）根据盖斯定律，水气变换反应=反应II-反应I，故水气变换反应的焓变ΔH＝∆H₂-∆H₁

（2）T₁温度下，HCOOH建立电离平衡：

HCOOH HCOO^—   H    Ka，

平衡时， xmol·L^-1    c(HCOO^—)   c(H )    

Ka=, 由于c(HCOO^—)⁼c(H ) ，

故c(H )=

此时，反应I正反应速率v＝kc(H )c(HCOOH)=k·x =

（3） t₁时刻CO的浓度达到最大值,说明反应I达平衡，此时，根据碳元素守恒，甲酸的浓度c(HCOOH)=1-0.70-0.16=0.14mol/L，可计算该时刻反应I的平衡常数=5。题干中已经说了“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”。换句话说，就是t₁时刻之后一氧化碳的浓度始终是甲酸浓度的5倍。当反应II达平衡时，c(H₂)=ymol/L,c(CO₂)=ymol/L,而

c(CO)=5c(HCOOH)=mol/L,c(HCOOH)=mol/L,

因此==,

反应II的平衡常数==

加入0.1mol/L盐酸后，H 作催化剂，加快反应I的反应速率，缩短达平衡的时间，c(CO)达到峰值的时间提前，故排除c和d 。此时，c(CO₂)会小于不含盐酸的浓度，c(CO)最有可能在a处达到峰值，而比值不变。

来自北京柯老师，转自C3H3化学，致谢！