Question

11．研究表明豐富的CO₂完全可以作為新碳源，解決當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的碳源（石油和天然氣）到本世紀中葉將枯竭的危機，同時又可緩解由CO₂累積所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，實現(xiàn)CO₂的良性循環(huán)．
（1）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂和H₂在230℃催化劑條件下轉(zhuǎn)化生成甲醇蒸汽和水蒸氣．圖表示恒壓容器中0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達80%時的能量變化示意圖．
①寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ•mol^-1．
②能判斷該反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是bd．
a．容器中壓強不變
b．H₂的體積分數(shù)不變
c．c（H₂）=3c（CH₃OH）
d．容器中密度不變
e．2個C=O斷裂的同時有6個H-H斷裂．
（2）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如表三組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需 時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①在實驗2條件下平衡常數(shù)K=0.17
②在實驗3中，若平衡時CO轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣轉(zhuǎn)化率，則a/b 的值0＜$\frac{a}$＜1（填具體值或范圍）．
③在實驗4中，若保持990℃，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol，則此時V_正＜V_逆（填“＞”、“=”或“＜”）
（3）已知在常溫下，甲醇是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池．
①已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44.0kJ•mol^-1
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol．
（4）已知草酸是一種二元酸，草酸氫鈉溶液顯酸性．常溫下向10Ml0.01mol/LH₂C₂O₄溶液中滴加10mL0.01mol/LNaOH溶液時，比較溶液中各種離子濃度大小關(guān)系c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）
（5）以甲醚空氣氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構(gòu)成燃料電池，該電池的負極反應(yīng)式為CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）①發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），根據(jù)圖1可知，0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達80%時放熱23kJ-3.4kJ=19.6kJ，計算1mol二氧化碳發(fā)生放出的熱量確定△H，書寫該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
②當(dāng)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，注意選擇判斷的物理量，應(yīng)隨著反應(yīng)的進行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)；
（2）①依據(jù)圖表數(shù)據(jù)列式計算平衡濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積進行計算；
②在反應(yīng)中當(dāng)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比時，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相等，某一種反應(yīng)物越多，其轉(zhuǎn)化率越低，而另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率則越高，據(jù)此答題；
③根據(jù)濃度商Qc與平衡常數(shù)K的大小，判斷反應(yīng)進行的方向，進而確定正逆反應(yīng)的速率的大小關(guān)系；
（3）依據(jù)蓋斯定律進行計算，由$\frac{①-②+③×4}{2}$得出正確結(jié)論；
（4）H₂C₂O₄和NaOH反應(yīng)生成NaHC₂O₄，NaHC₂O₄溶液呈酸性說明溶液中電離大于水解，依此比較溶液中HC₂O₄^-、C₂O₄^2-、H₂C₂O₄、H⁺的濃度從大到小的順序；
（5）原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，依此書寫電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）①根據(jù)圖1可知，0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達80%時放熱23kJ-3.4kJ=19.6kJ，1mol二氧化碳反應(yīng)放出的熱量為$\frac{1mol}{0.5mol×80%}$×19.6kJ=49kJ，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ•mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ•mol^-1；
②a．反應(yīng)再恒壓容器中進行，故容器中壓強不變，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．H₂的體積分數(shù)不變，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．平衡時各物質(zhì)的濃度之比取決于物質(zhì)的起始物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)化率，故c（H₂）=3c（CH₃OH），不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．密度ρ=$\frac{m}{V}$，總質(zhì)量會變，體積會變，故容器中密度不變，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故d正確；
e．2個C=O斷裂是正反應(yīng)，同時有6個H-H斷裂也是正反應(yīng)，故不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故e錯誤；
故答案為：bd；
（2）①H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度   0.5mol/L    1mol/L           0           0
轉(zhuǎn)化濃度   0.2mol/L   0.2mol/l     0.2mol/l  0.2mol/l
平衡濃度   0.3mol/L   0.8mol/L    0.2mol/l  0.2mol/l
K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.2×0.2}{0.3×0.8}$=0.17，
故答案為：0.17；
②在反應(yīng)中當(dāng)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比時，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相等，某一種反應(yīng)物越多，其轉(zhuǎn)化率越低，而另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率則越高，所以要使CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則0＜$\frac{a}$＜1，
故答案為：0＜$\frac{a}$＜1；
③900℃時，當(dāng)CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol時，濃度商Qc=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1＞0.17=K，所以此時平衡要逆向移動，故V_正＜V_逆，
故答案為：＜；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
由$\frac{①-②+③×4}{2}$得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=$\frac{-1275.6kJ/mol-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4}{2}$=-442.8KJ/mol；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol；
（4）常溫下，向10mL 0.01mol•L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol•L^-1NaOH溶液時，H₂C₂O₄和NaOH反應(yīng)生成NaHC₂O₄，由于NaHC₂O₄溶液顯酸性，故溶液中HC₂O₄^-的電離程度大于其水解程度，所以c（C₂O₄^2-）＞c（H₂C₂O₄），由于氫離子來自水的電離和HC₂O₄^-的電離，則c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-），HC₂O₄^-的水解程度較小，則c（HC₂O₄^-）＞c（C₂O₄^2-），所以溶液中各離子濃度大小為c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）；
（5）原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

點評 本題為綜合題，考查熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷的標志、平衡常數(shù)的計算及化學(xué)平衡移動原理、蓋斯定律的計算應(yīng)用、離子濃度大小的比較、電解池反應(yīng)原理及電極反應(yīng)式的書寫，明確化學(xué)平衡相關(guān)理論，熟悉蓋斯定律計算反應(yīng)熱的方法，原電池工作原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．