Question

16．近年來，由于二氧化碳的大量排放，直接威脅著人類賴于生存的生態(tài)環(huán)境．人們愈來愈關注著二氧化碳氣體的開發(fā)及利用．
（1）據(jù)報道，美國海軍科學家擬從海水中提取H₂，從空氣中提取CO₂合成短鏈羥來代替汽油．已知氫氣的燃燒熱為-285.8kJ•mol^-1；辛烷（C₈H₁₈，可作為汽油用）的燃燒熱為-5518kJ•mol^-1．寫出CO₂和H₂合成辛烷的熱化成方程式8CO₂（g）+25H₂（g）=C₈H₁₈（l）+16H₂O（l）△H=-1627 k J•mol^-1．
（2）二氧化碳加氫合成甲醇是其合理利用碳資源的有效途徑之一，反應如下：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
①某溫度下，將1molCO₂和3molH₂充入體積不變的2L密閉容器中，發(fā)生上述反應，下列能確定該條件下反應達到最大轉(zhuǎn)化限度的是AB．
A、CO₂含量不再變化        B、容器內(nèi)壓強不再變化
C、3v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）        D、△H不再發(fā)生變化
②同時測得不同時刻的反應前后壓強關系如下：

時間（h）	1	2	3	4	5	6
P后/P前	0.90	0.85	0.82	0.81	0.80	0.80

則用氫氣表示前2小時反應平均速率V（H₂）=0.225mol/（L•h）．
列式計算該溫度下CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率：40%．
③若反應條件為壓強6MPa，300℃的反應溫度下二氧化碳和氫氣按1：3的比例通入，測得二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率℃為50%，該反應該條件的平衡常數(shù)K_P=$\frac{1}{27}$（MPa）^-2（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)）；列舉提高CO₂轉(zhuǎn)化率的措施增大氫氣與CO₂的比例或及時分離出甲醇或水蒸氣．
（3）CO₂和NaOH溶液反應可生成NaHCO₃溶液，查閱資料得常溫下H₂CO₃的電離平衡常數(shù)K₁=4.2×10^-7，K₂=5.6×10^-11；實驗測得常溫下0.1mol/L的NaHCO₃的pH為8，則0.1mol/L的NaHCO₃溶液中離子濃度大小順序為A．
A、c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（CO₃^2-）＞c（H⁺）
B、c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
C、c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）
D、c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）

Answer 1

分析 （1）燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，據(jù)此計算25mol氫氣完全燃燒放出熱量，標注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應反應的焓變寫出熱化學方程式；
（2）①該條件下反應達到最大轉(zhuǎn)化限度是指反應達到平衡狀態(tài)，正逆反應速率相同，個組分含量保持不變，據(jù)此分析選項
②反應速率V=$\frac{△c}{△t}$計算得到，反應物轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
③依據(jù)三段式列式計算平衡時氣體物質(zhì)的量，壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，計算得到各氣體的分壓，結合平衡常數(shù)概念計算，提高CO₂轉(zhuǎn)化率可以增加氫氣的量，也可以改變條件使平衡正向進行；
（3）實驗測得常溫下0.1mol/L的NaHCO₃的pH為8，溶液顯堿性，碳酸氫根離子水解大于其電離程度；

解答 解：（1）已知氫氣的燃燒熱為-285.8kJ•mol^-1；辛烷（C₈H₁₈，可作為汽油用）的燃燒熱為-5518kJ•mol^-1．25mol氫氣完全燃燒放熱1627 k J，寫出CO₂和H₂合成辛烷的熱化成方程式8CO₂（g）+25H₂（g）=C₈H₁₈（l）+16H₂O（l）△H=-1627 k J•mol^-1，
故答案為：8CO₂（g）+25H₂（g）=C₈H₁₈（l）+16H₂O（l）△H=-1627 k J•mol^-1；
（2）①該條件下反應達到最大轉(zhuǎn)化限度是指反應達到平衡狀態(tài)，
將1molCO₂和3molH₂充入體積不變的2L密閉容器中發(fā)生反應，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應是氣體體積減小的反應
A、CO₂含量不再變化，說明反應達到平衡狀態(tài)，故A正確；      
B、容器內(nèi)壓強不再變化，說明反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C、反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比，V_正（H₂）=3V_逆（CH₃OH），說明達到平衡狀態(tài)，但  3v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）不能說明正逆反應速率相同，故C錯誤；     
D、反應焓變和物質(zhì)聚集狀態(tài)及物質(zhì)的量有關，確定的化學反應，焓變不變，△H不再發(fā)生變化不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：AB；
②設反應的二氧化碳物質(zhì)的量為x，氣體壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）  1        3        0          0
變化量（mol）  x        3x        x          x
平衡量（mol）1-x      3-3x        x          x
P后：P前=0.85=（4-2x）：（1+3）
x=0.3mol
則用氫氣表示前2小時反應平均速率V（H₂）=$\frac{\frac{3×0.3mol}{2L}}{2h}$=0.225mol/（L•h），

反應達到平衡狀態(tài)時，二氧化碳反應物質(zhì)的量為y，
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol） 1        3         0         0
變化量（mol）y        3y        y         y
平衡量（mol）1-y      3-3y      y         y
P后：P前=0.8=（4-2y）：（1+3）
y=0.4mol
該溫度下CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.4mol}{1mol}$×100%=40%，
故答案為：0.225mol/（L•h）；40%；
③若反應條件為壓強6MPa，300℃的反應溫度下二氧化碳和氫氣按1：3的比例通入，測得二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率℃為50%，結合三段式列式計算，
            CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol） 1        3          0        0
變化量（mol） 0.5      1.5       0.5     0.5
平衡量（mol） 0.5      1.5       0.5      0.5
分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)
P（CO₂）=6×$\frac{0.5}{3}$=1
P（H₂）=6×$\frac{1.5}{3}$=3
P（CH₃OH）=6×$\frac{0.5}{3}$=1
P（H₂O）=6×$\frac{0.5}{3}$=1
Kp=$\frac{1}{1×{3}^{3}}$=$\frac{1}{27}$（MPa）^-2
提高CO₂轉(zhuǎn)化率可以增加氫氣的量，也可以改變條件使平衡正向進行；采取的措施是增大氫氣與CO₂的比例或及時分離出甲醇或水蒸氣，提高CO₂轉(zhuǎn)化率，
故答案為：$\frac{1}{27}$（MPa）^-2，增大氫氣與CO₂的比例或及時分離出甲醇或水蒸氣；
（3）實驗測得常溫下0.1mol/L的NaHCO₃的pH為8，溶液顯堿性，碳酸氫根離子水解大于其電離程度，溶液中離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（CO₃^2-）＞c（H⁺），故選A，
故答案為：A．

點評 本題考查了化學反應速率、平衡三段式和平衡常數(shù)概念的計算應用，影響平衡影響分析判斷，鹽類水解實質(zhì)理解，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．