Question

3．二氧化碳是引起“溫室效應(yīng)”的主要物質(zhì)，節(jié)能減排，高效利用能源，能夠減少二氧化碳的排放．

（1）在一定溫度下的2L固定容積的密閉容器中，通入2molCO₂和3mol H₂，發(fā)生的反應(yīng)為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-a kJ•mol^-1（a＞0），測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．
①能說明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是AB．（選填編號(hào)）
A．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變
B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間的變化而變化
C．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1.2mol H₂，同時(shí)生成0.4molH₂O
D．該體系中H₂O與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1，且保持不變
②計(jì)算該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.20．（保留兩位有效數(shù)字）．若改變條件C（填選項(xiàng)），可使K=1．
A．增大壓強(qiáng)   B．增大反應(yīng)物濃度   C．降低溫度 D．升高溫度   E．加入催化劑
（2）某甲醇燃料電池原理如圖2所示．
①M(fèi)區(qū)發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
②用上述電池做電源，用圖3裝置電解飽和食鹽水（電極均為惰性電極），則該電解的總反應(yīng)離子方程式為：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2 OH^-．假設(shè)溶液體積為300mL，當(dāng)溶液的pH值變?yōu)?3時(shí)（在常溫下測定），理論上消耗甲醇的質(zhì)量為0.16g（忽略溶液體積變化）．
（3）有一種用CO₂生產(chǎn)甲醇燃料的方法：
已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-b kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-c kJ•mol^-1；
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-d kJ•mol^-1，
則表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷；
②根據(jù)圖象數(shù)據(jù)結(jié)合平衡常數(shù)K的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)K僅與溫度有關(guān)及反應(yīng)為放熱來判斷改變條件；
（2）①依據(jù)原電池裝置圖象分析，氫離子移向正極，所以M為原電池負(fù)極，N為正極，負(fù)極是甲醇燃料失電子在酸性介質(zhì)中生成二氧化碳，據(jù)此書寫電極反應(yīng)；
②電解飽和食鹽水生成氯氣、氫氣和氫氧化鈉，結(jié)合化學(xué)方程式書寫離子方程式；依據(jù)電子守恒計(jì)算消耗甲醇質(zhì)量；
（3）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
②CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-b kJ•mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-c kJ•mol^-1；
④H₂O（g）═H₂O（l）△H=-d kJ•mol^-1，
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算③×$\frac{3}{2}$+2④-①-②，由此解答．

解答 解：（1）①A．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，則能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間的變化而變化，說明氣體的總物質(zhì)的量不變，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1.2mol H₂，同時(shí)生成0.4molH₂O，不能體現(xiàn)正逆反應(yīng)，故不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．H₂O與CH₃OH都是產(chǎn)物，并且按照1：1的比例生成，所以H₂O與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比一直為1：1，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故選AB；
③由圖象數(shù)據(jù)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）得
   開始濃度：1      1.5         0        0
   轉(zhuǎn)化濃度：0.25   0.75       0.25     0.25
   平衡濃度：0.75    0.75      0.25     0.25
所以K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.7{5}^{3}}$=0.20，則要使K=1，又反應(yīng)放熱所以降低溫度使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：0.20；C；
（2）①M(fèi)區(qū)是質(zhì)子流出的一極，應(yīng)是原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②電解飽和食鹽水生成氯氣、氫氣和氫氧化鈉，結(jié)合化學(xué)方程式書寫離子方程式為：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2 OH^-；
溶液體積為300mL，當(dāng)溶液的pH值為13時(shí)，溶液中氫氧根離子濃度c（OH^-）=0.1mol/L，生成氫氧根離子物質(zhì)的量=消耗氫離子物質(zhì)的量=0.1mol/L×0.3L=0.03mol，依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算，CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，2H⁺+2e^-=H₂↑，CH₃OH～6H+，甲醇物質(zhì)的量=0.005mol，質(zhì)量=0.005mol×32g/mol=0.16g；
故答案為：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2 OH^-；0.16g；
（3）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
②CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-b kJ•mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-c kJ•mol^-1；
④H₂O（g）═H₂O（l）△H=-d kJ•mol^-1，
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算③×$\frac{3}{2}$+2④-①-②得到表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算分析化學(xué)平衡影響因素，平衡移動(dòng)原理的分析判斷，注意圖象分析應(yīng)用，原電池、電解池原理的分析判斷，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．