Question

隨著世界上業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展、人口的劇增，全球能源緊張及世界氣候面臨越來越嚴重的問題．如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂引起了全世界的普遍關(guān)注．
I．（l）CO₂與H₂可用來合成可再生能源甲醇，己知CH₃OH（1）標準燃燒熱△H=-726.5kJ?mol^-l、
H₂（g）燃燒生成液態(tài)水的熱值為142.9KJ?g^-1，則CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（1）+H₂O（1）
△H=

 

．
（2）現(xiàn)將0.8mol CO₂和2.4mol H₂充入容積為20L的密閉容器中發(fā)生上述反應，下列說法正確的是

 

．
A．該反應在低溫下能自發(fā)進行
B．當容器內(nèi)CO₂氣體體積分數(shù)恒定時，該反應己達平衡狀態(tài)
C．若其他條件不變，實驗測得平衡常數(shù)；K（T₁）＞K（T₂），則T₁＜T₂
D．現(xiàn)有該反應的X、Y兩種催化劑，X能使正反應速率加快約5xl0⁵倍、Y能使逆反應速率加快約8×10⁶倍（其他條件相同）：故在生產(chǎn)中應該選擇X為催化劑更合適
（3）該反應進行到45s時達到平衡，此時CO₂的轉(zhuǎn)化率為68.75%．如圖1中的曲線表示該 反應在前25s內(nèi)的反應進程中的CO₂濃度變化．

①若反應延續(xù)至70s．請在圖1中用實線畫出25s至70s的反應進程曲線．
②某化學興趣小組采用實驗對比法分析改變實驗條件對該反應進程的影響，每次只改變一個條件，并采集反應進程中CO₂的濃度變化，在原有反應進程圖象上繪制對應的曲線．實驗數(shù)據(jù)如下表：

實驗編號	CO2起始濃度/mol?L-1	反應溫度/℃	反應壓強/kPa	是否加入催化劑
A	0.030	150	101	否
B	0.040	150	101	否
C	0.040	250	101	是

但是該小組負責繪制圖線的學生未將曲線（虛線）繪制完整（見圖2），也忘記了注明每條曲線所對應改變的條件，請把每個實驗編號與圖2中對應的字母進行連線．

II．（1）常溫常壓下，空氣中的CO₂溶于水，達到平衡時，溶液的pH=5.60，c（H₂CO₃）=l．5xl0^-5mol?L^-1．若忽略水的電離及H₂CO₃的第二級電離，請完成下表有關(guān)弱酸的電離平衡常數(shù)：（已知l0^-5.60=2.5xl0^-6）

弱酸化學式	HC1O	H2CO3
電離平衡常數(shù)	4.7×l0-8	Ka1=     Ka2=5.6x l0-11

現(xiàn)向Na₂CO₃溶液中滴入少量的氯水，寫出Cl₂與Na₂CO₃溶液反應的離子方程式

 

．
（2）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應，CaCO₃、CdCO₃均為難溶物質(zhì)，現(xiàn)向一含有Ca²⁺、Cd²⁺的混合液中滴加Na₂CO₃溶液，若首先生成CdCO₃沉淀，則可確知

 

．
A．Ksp（CdCO₃）＜Ksp（CaCO₃）B．c（Cd²⁺）＜c（Ca²⁺）C．

c(Cd2+)

c(ca2+)

＞

KsP(CdCO3)

Ksp(CaCO3)

D．

c(Cd2+)

c(Ca2+)

＜

Ksp(CdCO3)

Ksp(CaCO3)

Ⅲ．電解Na₂HPO₃溶液也可得到亞磷酸，裝置示意圖如圖：

①陰極的電極反應式為

 

．②產(chǎn)品室中反應的離子方程式為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學方程式,原電池和電解池的工作原理,化學平衡建立的過程,弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ．（1）CH₃OH（1）標準燃燒熱△H=-726.5kJ?mol^-l，熱化學方程式為：①CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5 kJ?mol^-1，H₂（g）燃燒生成液態(tài)水的熱值為142.9KJ?g^-1，熱化學方程式為：②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（1）；△H=-285.8KJ/mol，反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（1）+H₂O（1）可由上述②×3-①得到，根據(jù)蓋斯定律可求得△H值；
（2）A．該反應為熵減的放熱反應，根據(jù)△G=△H-T△S判斷；
B．根據(jù)平衡狀態(tài)的特征判斷；
C．該反應為放熱反應，根據(jù)溫度對平衡移動的影響，判斷溫度的變化；
D．根據(jù)催化劑是同等程度的改變正逆反應的速率作判斷；
（3）①45s時達到平衡，此時CO₂的轉(zhuǎn)化率為68.75%，即平衡時CO₂的濃度為0.04×（1-68.75%）mol/L=0.0125mol/L，即在20s--45s之間CO₂的濃度從0.016變化到0.0125，而在此之后直到70sCO₂的濃度都保持不變，據(jù)此作圖；
②由圖2可知，比較三條曲線，a線對應的CO₂的起始濃度最小，故對應實驗A，比較b線和c線可知，b線開始反應的速率比c線快，故b線對應高溫、催化劑的條件，即對應實驗C，則曲線c對應實驗B，據(jù)此答題；
Ⅱ．（1）根據(jù)H₂CO₃的電離方程式計算電離平衡常數(shù)；根據(jù)HClO的電離平衡常數(shù)和H₂CO₃的兩級電離平衡常數(shù)比較可知，HClO的酸性介于H₂CO₃和HCO₃^-之間，所以少量氯水與碳酸鈉反應生成碳酸氫鹽，據(jù)此寫離子方程式；
（2）根據(jù)溶液中離子濃度積先達到其Ksp值的物質(zhì)先沉淀進行判斷；
Ⅲ①陰極上得電子發(fā)生還原反應；
②產(chǎn)品室中HPO₃^2-和氫離子結(jié)合 生成亞磷酸．

解答： 解：Ⅰ．（1）CH₃OH（1）標準燃燒熱△H=-726.5kJ?mol^-l，熱化學方程式為：①CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8 kJ?mol^-1，H₂（g）燃燒生成液態(tài)水的熱值為142.9KJ?g^-1，熱化學方程式為：②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（1）；△H=-285.8KJ/mol，反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（1）+H₂O（1）可由上述②×3-①得到，根據(jù)蓋斯定律可得△H=-285.8KJ/mol×3-（-725.8 kJ?mol^-1）=-130.9kJ?mol^-1，故答案為：-130.9kJ?mol^-1；
（2）A．該反應為熵減的放熱反應，根據(jù)△G=△H-T△S可知，該反應在低溫下能自發(fā)進行，故A正確；
B．因為CO₂和H₂起始加入的物質(zhì)的量之比為1：3，參加反應的也是1：3，所以在建立平衡的過程中，容器內(nèi)CO₂氣體體積分數(shù)始終不變，所以CO₂氣體體積分數(shù)不能判斷反應是否處于平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．當平衡常數(shù)K（T₁）＞K（T₂），說明在T₁時反應正向進行的程度大，由于該反應為放熱反應，所以可以判斷T₁＜T₂，故C正確；
D．因為催化劑是同等程度的改變正逆反應的速率，所以當Y能使逆反應速率加快約8×10⁶倍的同時，正反應也加快約8×10⁶倍，因此選擇Y為催化劑更合適，故D錯誤；
故選AC；
（3）①45s時達到平衡，此時CO₂的轉(zhuǎn)化率為68.75%，即平衡時CO₂的濃度為0.04×（1-68.75%）mol/L=0.0125mol/L，即在20s--45s之間CO₂的濃度從0.016變化到0.0125，而在此之后直到70sCO₂的濃度都保持不變，據(jù)此可作出圖為，
故答案為：；
②由圖2可知，比較三條曲線，a線對應的CO₂的起始濃度最小，故對應實驗A，比較b線和c線可知，b線開始反應的速率比c線快，故b線對應高溫、催化劑的條件，即對應實驗C，則曲線c對應實驗B，故答案為：；
Ⅱ．（1）根據(jù)H₂CO₃的電離方程式H₂CO₃=HCO₃^-+H⁺可計算電離平衡常數(shù)K_a1=

c(HC O - 3 )?c(H+)

c(H2CO3)

=

c2(H+)

c(H2CO3)

=

(2.5×10-6)2

1.5×10-5

=4.2×10^-7；根據(jù)HClO的電離平衡常數(shù)和H₂CO₃的兩級電離平衡常數(shù)比較可知，HClO的酸性介于H₂CO₃和HCO₃^-之間，所以少量氯水與碳酸鈉反應生成碳酸氫鹽，其離子方程式為Cl₂+2CO₃^2-+H₂O=2HCO₃^-+Cl^-+ClO^-，
故答案為：4.2×10^-7；Cl₂+2CO₃^2-+H₂O=2HCO₃^-+Cl^-+ClO^-；
（2）向一含有Ca²⁺、Cd²⁺的混合液中滴加Na₂CO₃溶液，若首先生成CdCO₃沉淀，不能說明Ksp的大小，也無法確定離子濃度大小，因為只有當溶液中離子濃度積大于其Ksp就會有沉淀出現(xiàn)，由此確定A、B都錯誤，但由于c（Cd²⁺）?c（CO₃^2-）＞Ksp（CdCO₃），c（Ca²⁺）?c（CO₃^2-）＜Ksp（CaCO₃），則

c(Cd2+)?c(C O 2- 3 )

c(Ca2+)?c(C O 2- 3 )

＞

Ksp(CdCO3)

Ksp(CaCO3)

，即

c(Cd2+)

c(Ca2+)

＞

Ksp(CdCO3)

Ksp(CaCO3)

，由此確定C正確，D錯誤，故答案為：C；
Ⅲ．①陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②產(chǎn)品室中HPO₃^2-和氫離子結(jié)合生成亞磷酸，反應離子方程式為：HPO₃^2-+2H⁺=H₃PO₃，故答案為：HPO₃^2-+2H⁺=H₃PO₃．

點評：本題考查的知識點較多，綜合性較強，難度較大，對學生的綜合應用基礎知識的能力要求較高．