Question

7．研究表明豐富的CO₂完全可以作為新碳源，解決當前應(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)化生成甲醇蒸氣和水蒸氣．如圖表示恒壓容器中0.5molCO₂和1.5molH₂轉(zhuǎn)化率達80%時的能量變化示意圖．能判斷該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是bd．（填字母）
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），得到如下三組數(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實驗2條件下平衡常數(shù)K=$\frac{1}{6}$．
②實驗3中，若平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a/b的值0＜$\frac{a}$＜1（填具體值或取值范圍）．
③實驗4，若900℃時，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1 mol時，則此時v（正）＜v（逆）（填“＜”“＞”或“=”）．
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1．
（4）已知草酸是一種二元弱酸，草酸氫鈉溶液顯酸性．常溫下，向10mL　0.01mol/L H₂C₂O₄溶液中滴加10mL0.01mol/L　NaOH溶液，比較溶液中各種離子濃度的大小關(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CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），可逆反應(yīng)到達平衡時，同一物質(zhì)表示的正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、含量不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡狀態(tài)的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化，說明到達平衡；
（2）①利用三段式計算平衡時各組分物質(zhì)的量，由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計算；
②根據(jù)方程式可知，參加反應(yīng)CO、水的物質(zhì)的量相等，結(jié)合CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣的轉(zhuǎn)化率判斷；
③由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計算產(chǎn)生的濃度商Qc，與平衡常數(shù)相比，判斷反應(yīng)進行方向，進而判斷v（正）、v（逆）的相對大��；
（3）根據(jù)蓋斯定律，已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構(gòu)造目標熱化學方程式，反應(yīng)熱也進行相應(yīng)的計算；
（4）草酸和氫氧化鈉的物質(zhì)的量相等，二者恰好反應(yīng)生成NaHC₂O₄，草酸氫鈉溶液顯酸性，說明HC₂O₄^-的電離程度大于其水解程度，由于氫離子來自水的電離和HC₂O₄^-的電離，則c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-），溶液中氫氧根離子濃度最�。�
（5）原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水．

解答 解：（1）發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
a．反應(yīng)在恒溫恒壓下，容器中壓強始終不變，故a錯誤；　　
b．反應(yīng)物H₂的體積分數(shù)不變，反應(yīng)到達平衡，故b正確；　
c．由于沒有指明正、逆反應(yīng)速率，c（H₂）=3c（CH₃OH）不能說明反應(yīng)到達平衡，故c錯誤；　　
d．反應(yīng)在恒溫恒壓下，隨反應(yīng)進行混合氣體總物質(zhì)的量減小，容器容積減小，混合氣體總質(zhì)量不變，混合氣體密度增大，當容器中密度不變時，說明反應(yīng)到達平衡，故d正確；
e．2個C=O斷裂的同時有6個H-H斷裂，均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例進行，不能說明到達平衡，故e錯誤，
故選：bd；
（2）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0       0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.4     0.4      0.4     0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4     0.4
由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=$\frac{1}{6}$，
故答案為：$\frac{1}{6}$；
②根據(jù)方程式可知，參加反應(yīng)CO、水的物質(zhì)的量相等，令其物質(zhì)的量均為x，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣的轉(zhuǎn)化率，則$\frac{x}{a}$＞$\frac{x}$，且a、b均不為0，整理得0＜$\frac{a}$＜1，
故答案為：0＜$\frac{a}$＜1；
③若900℃時，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1 mol時，此時濃度商Qc=$\frac{1×1}{1×1}$=1＜K=$\frac{1}{6}$，故反應(yīng)向逆反應(yīng)進行，則此時v（正）＜v（逆），
故答案為：＜；
（3）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，$\frac{1}{2}$[①-②]+2×③得：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l），則△H=$\frac{1}{2}$×[（-1275.6kJ•mol^-1）-（-566.0kJ•mol^-1）]+2×（-44.0kJ•mol^-1）=-442.8kJ•mol^-1，
故熱化學方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
（4）向10mL 0.01mol•L^-1的H₂C₂O₄溶液滴加10mL 0.01mol•L^-1NaOH溶液，草酸與氫氧化鈉恰好反應(yīng)生成NaHC₂O₄，由于草酸氫鈉溶液顯示酸性，則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-），酸性條件下，水的電離程度遠遠小于HC₂O₄^-的電離，故溶液中氫氧根離子濃度最小，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)，甲醚在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，故負極電極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及化學平衡狀態(tài)判斷、化學平衡計算、平衡常數(shù)計算及應(yīng)用、熱化學方程式書寫、離子濃度比較、原電池電極反應(yīng)式書寫等，化學平衡常數(shù)的計算及應(yīng)用是近幾年高考常考知識點，是學生綜合能力的考查，難度中等．