Question

14．以下是一些物質的熔沸點數據（常壓）：

	鈉	Na2CO3	金剛石	石墨
熔點（℃）	97.8	851	3550	3850
沸點（℃）	882.9	1850（分解產生CO2）	----	4250

中國科學家用金屬鈉和CO₂在一定條件下制得了金剛石：4Na+3CO₂?2Na₂CO₃+C（s，金剛石）
完成下列填空：
（1）若反應在常壓、890℃下進行，寫出該反應的平衡常數表達式$\frac{1}{{c}^{4}（Na）×{c}^{3}（C{O}_{2}）}$．
（2）請寫出一條既能提高反應速率又能提高轉化率的方法：增大壓強
（3）890℃，下列關于該反應的說法正確的是b（選填序號）．
a．容器內氣體的平均式量不再變化，則反應一定達到平衡
b．容器內固體質量不再變化，則反應一定達到平衡
c．反應起始至平衡，氣體的密度不斷增大
d．反應起始至平衡，容器內的壓強不斷增大
（4）890℃，若該反應在10L密閉容器、常壓下進行，反應4h，固體質量增加56克，則二氧化碳的反應速率為0.35mol/（L•h）
（5）若溫度由890℃升高到1860℃，則容器內氣體的平均相對分子質量將增大（選填“增大”“減小”“不變”），
（6）若反應后要得到純凈的金剛石，請寫出必要的實驗操作步驟．冷卻后，將反應后容器中的固體取出，加水溶解、過濾、洗滌固體并烘干，可得純凈的金剛石
（7）在此反應中，同時還會有石墨生成，已知：C（s，石墨）?C（s，金剛石）-1.9KJ，若升高溫度，生成的碳單質中，金剛石的含量將增大（選填“增大”“減小”“不變”）．等物質的量的石墨和金剛石中，化學鍵的數目較多的是金剛石．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；
（2）升高溫度、增大壓強等可以加快反應速率，同時提高轉化率，應是平衡正向移動；
（3）a．容器內氣體只有鈉蒸汽、二氧化碳，若起始時二者物質的量之比為4：3，且二者按4：3反應，氣體的平均式量為定值；
b．容器內固體質量不再變化，說明金剛石的質量不變；
c．氣體的質量減小，若容器容積不變，氣體的密度不斷減�。�
d．氣體的物質的量減小，若容器容積不變，容器內的壓強不斷減�。�
（4）固體質量增加56克，則金剛石的質量為56g，根據方程式計算參加反二氧化碳物質的量，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂）；
（5）若溫度由890℃升高到1860℃，碳酸鈉分解生成二氧化碳，混合氣體中二氧化碳的含量增大，容器內氣體的平均相對分子質量增大；
（6）將產物冷卻后，用水溶解，過濾除去碳酸鈉，再洗滌干燥可得純凈的金剛石；
（7）石墨轉化為金剛石為吸熱反應，升高溫度有利于石墨轉化為金剛石；
石墨中每個C原子與周圍碳原子形成3個C-C鍵，而金剛石中每個C原子與周圍的4個C原子形成4個C-C鍵．

解答 解：（1）若反應在常壓、890℃下進行，鈉為氣體，4Na+3CO₂?2Na₂CO₃+C（s，金剛石）的平衡常數表達式K=$\frac{1}{{c}^{4}（Na）×{c}^{3}（C{O}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{1}{{c}^{4}（Na）×{c}^{3}（C{O}_{2}）}$；
（2）正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強可以加快反應速率，且平衡正向移動，同時提高轉化率，
故答案為：增大壓強；
（3）a．容器內氣體只有鈉蒸汽、二氧化碳，若起始時二者物質的量之比為4：3，且二者按4：3反應，氣體的平均式量為定值，故a錯誤；
b．容器內固體質量不再變化，說明金剛石的質量不變，反應到達平衡，故b正確；
c．氣體的質量減小，若容器容積不變，氣體的密度不斷減小，故c錯誤；
d．氣體的物質的量減小，若容器容積不變，容器內的壓強不斷減小，故d錯誤，
故選：b；
（4）固體質量增加56克，則金剛石的質量為56g，其物質的量為$\frac{56g}{12g/mol}$=$\frac{14}{3}$mol，由方程式可知參加反二氧化碳物質的量為$\frac{14}{3}$mol×3=14mol，故v（CO₂）=$\frac{\frac{14mol}{10L}}{4h}$=0.35 mol/（L•h），
故答案為：0.35；
（5）若溫度由890℃升高到1860℃，碳酸鈉分解生成二氧化碳，混合氣體中二氧化碳的含量增大，容器內氣體的平均相對分子質量增大，
故答案為：增大；
（6）冷卻后，將反應后容器中的固體取出，加水溶解、過濾、洗滌固體并烘干，可得純凈的金剛石，
故答案為：冷卻后，將反應后容器中的固體取出，加水溶解、過濾、洗滌固體并烘干，可得純凈的金剛石；
（7）石墨轉化為金剛石為吸熱反應，升高溫度有利于石墨轉化為金剛石，金剛石的含量將增大；
石墨中每個C原子與周圍碳原子形成3個C-C鍵，而金剛石中每個C原子與周圍的4個C原子形成4個C-C鍵，等物質的量的石墨和金剛石中，金剛石含有的化學鍵的數目較多，
故答案為：增大；金剛石．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、反應速率計算、平衡常數、物質的提純、晶體結構等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．