Question

8．某固體甲[成分為M₃Z₂（OH）_a（CO₃）_b]可用作塑料阻燃劑，該鹽分解產(chǎn)生大量的CO₂可以作為原料制備有機(jī)產(chǎn)品．取甲46g高溫灼燒至恒重，得到11.2L CO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況）和22.2g僅含兩種金屬氧化物的固體乙，其中Z的氧化物既溶于強(qiáng)酸又溶于強(qiáng)堿，向乙中加入足量的稀硫酸所得產(chǎn)物中含有MSO₄．請(qǐng)回答：
（1）甲灼燒至恒重的化學(xué)方程式Mg₃Al₂（OH）₂（CO₃）₅ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3MgO+Al₂O₃+5 CO₂↑+H₂O↑（M、Z用元素符號(hào)表示）
（2）甲能用作塑料阻燃劑的原因甲分解吸熱且產(chǎn)生大量二氧化碳，同時(shí)還生成耐高溫的MgO和Al₂O₃覆蓋在塑料表面．
（3）工業(yè)上利用CO₂和H₂在一定條件下反應(yīng)合成甲醇．已知下列反應(yīng)：
①CO₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H₂
③H₂O（g）═H₂O（1）△H₃
寫出氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO2（g）和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=3△H₂-2△H₁-6△H₃ （用△H₁、△H₂、△H₃表示△H）
（4）反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃OH（g）+H₂O（g），它的有關(guān)數(shù)據(jù)如圖1所示，反應(yīng)物起始的物質(zhì)的量之比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=1.5或$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=2
下列說(shuō)法正確的是BC．
A．曲線Ⅰ對(duì)應(yīng)的反應(yīng)物起始物質(zhì)的量之比為1.5
B．單位時(shí)間內(nèi)消耗H₂的物質(zhì)的量與消耗H2O的物質(zhì)的量之比為3：1時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
C．a(chǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為90%
D．b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K值大于c點(diǎn)
（5）CO₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃OH（g）+H₂O（g）在體積為2L的固定絕熱的密閉容器中加入1 molCH₃OH和1 molH₂O，第4 min達(dá)到平衡，反應(yīng)中c（CO₂）的變化情況如圖2所示．
在第5 min時(shí)向體系中再充入0.2molCO₂和0.4molH₂（其它條件不變），
第8 min達(dá)到平衡，此時(shí)c（H₂）=c（CH₃OH）．
請(qǐng)?jiān)趫D2中畫出5到9 min的c（CO₂）濃度示意曲線．

Answer 1

分析 （1）某固體甲[成分為M₃Z₂（OH）_a（CO₃）_b]可用作塑料阻燃劑，該鹽分解產(chǎn)生大量的CO₂可以作為原料制備有機(jī)產(chǎn)品，取甲46g高溫灼燒至恒重，得到11.2L CO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），二氧化碳物質(zhì)的量n（CO₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，生成22.2g僅含兩種金屬氧化物的固體乙，其中Z的氧化物既溶于強(qiáng)酸又溶于強(qiáng)堿說(shuō)明為Al₂O₃，向乙中加入足量的稀硫酸所得產(chǎn)物中含有MSO₄，M為+2價(jià)金屬，反應(yīng)生成水的質(zhì)量=46g-22.2g-0.5mol×44g/mol=1.8g，n（H₂O）=0.1mol，化學(xué)式中得到$\frac{a}{2}$：b=0.1：0.5，得到a：b=2：5則a=2，b=5，依據(jù)化合物中 元素化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算，M₃Z₂（OH）₂（CO₃）₅ 中M為+2價(jià)，Z為+3價(jià)，則Z為Al，化合物摩爾質(zhì)量M=$\frac{46g}{0.1mol}$=460g/mol，460-388=72，計(jì)算得到M摩爾質(zhì)量=$\frac{72}{3}$g/mol=24g/mol，則M為Mg，判斷得到金屬氧化物為氧化鎂、氧化鋁，還生成二氧化碳和水，結(jié)合原子守恒配平書寫化學(xué)方程式；
（2）依據(jù)甲分解過(guò)程吸熱和產(chǎn)物的性質(zhì)分析，二氧化碳不助燃，生成的氧化鎂、氧化鋁都是熔點(diǎn)高的耐火材料；
（3）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式，3×②-2×①-6×③得到；
（4）反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃OH（g）+H₂O（g），
A．反應(yīng)物起始的物質(zhì)的量之比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=1.5或$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=2，同溫度下，氫氣越多二氧化碳轉(zhuǎn)化率越大，則曲線Ⅰ對(duì)應(yīng)的反應(yīng)物起始物質(zhì)的量之比為2，故A錯(cuò)誤；
B．單位時(shí)間內(nèi)消耗H₂的物質(zhì)的量與消耗H₂O的物質(zhì)的量之比為3：1時(shí)，正逆反應(yīng)速率相同；
C．曲線Ⅰ對(duì)應(yīng)的反應(yīng)物起始物質(zhì)的量之比為2，圖象可知a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，二氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)化率之比等于1：3；
D．溫度升高二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率減小，說(shuō)明升溫平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，b點(diǎn)溫度高對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K值小于c點(diǎn)；
（5）在體積為2L的固定絕熱的密閉容器中加入1 molCH₃OH和1 molH₂O，第4 min達(dá)到平衡，反應(yīng)中c（CO₂）的變化情況如圖2所示，說(shuō)明是逆反應(yīng)達(dá)到的化學(xué)平衡狀態(tài)，在第5 min時(shí)向體系中再充入0.2molCO₂和0.4molH₂（其它條件不變），平衡正向進(jìn)行二氧化碳濃度減小，第8 min達(dá)到平衡，此時(shí)c（H₂）=c（CH₃OH），據(jù)此畫出圖象．

解答 解：（1）某固體甲[成分為M₃Z₂（OH）_a（CO₃）_b]可用作塑料阻燃劑，該鹽分解產(chǎn)生大量的CO₂可以作為原料制備有機(jī)產(chǎn)品，取甲46g高溫灼燒至恒重，得到11.2L CO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），二氧化碳物質(zhì)的量n（CO₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，生成22.2g僅含兩種金屬氧化物的固體乙，其中Z的氧化物既溶于強(qiáng)酸又溶于強(qiáng)堿說(shuō)明為Al₂O₃，向乙中加入足量的稀硫酸所得產(chǎn)物中含有MSO₄，M為+2價(jià)金屬，反應(yīng)生成水的質(zhì)量=46g-22.2g-0.5mol×44g/mol=1.8g，n（H₂O）=0.1mol，化學(xué)式中得到$\frac{a}{2}$：b=0.1：0.5，得到a：b=2：5則a=2，b=5，依據(jù)化合物中 元素化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算，M₃Z₂（OH）₂（CO₃）₅ 中M為+2價(jià)，Z為+3價(jià)，則Z為Al，化合物摩爾質(zhì)量M=$\frac{46g}{0.1mol}$=460g/mol，460-388=72，計(jì)算得到M摩爾質(zhì)量=$\frac{72}{3}$g/mol=24g/mol，則M為Mg，判斷得到金屬氧化物為氧化鎂、氧化鋁，還生成二氧化碳和水，結(jié)合原子守恒配平書寫化學(xué)方程式：Mg₃Al₂（OH）₂（CO₃）₅ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3MgO+Al₂O₃+5 CO₂↑+H₂O↑，
故答案為：Mg₃Al₂（OH）₂（CO₃）₅ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3MgO+Al₂O₃+5 CO₂↑+H₂O↑；
（2）依據(jù)甲分解產(chǎn)物的性質(zhì)分析，二氧化碳不助燃，生成的氧化鎂、氧化鋁都是熔點(diǎn)高的耐火材料，甲能用作塑料阻燃劑的原因；甲分解吸熱且產(chǎn)生大量二氧化碳，同時(shí)還生成耐高溫的MgO和Al₂O₃覆蓋在塑料表面，
故答案為：甲分解吸熱且產(chǎn)生大量二氧化碳，同時(shí)還生成耐高溫的MgO和Al₂O₃覆蓋在塑料表面；
（3）①CO₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H₂
③H₂O（g）═H₂O（1）△H₃
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算3×②-2×①-6×③得到氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO₂（g）和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=3△H₂-2△H₁-6△H₃，
故答案為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=3△H₂-2△H₁-6△H₃；
（4）反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃OH（g）+H₂O（g），
A．反應(yīng)物起始的物質(zhì)的量之比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=1.5或$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=2，同溫度下，氫氣越多二氧化碳轉(zhuǎn)化率越大，則曲線Ⅰ對(duì)應(yīng)的反應(yīng)物起始物質(zhì)的量之比為2，故A錯(cuò)誤；
B．單位時(shí)間內(nèi)消耗H₂的物質(zhì)的量與消耗H₂O的物質(zhì)的量之比為3：1時(shí)，正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．曲線Ⅰ對(duì)應(yīng)的反應(yīng)物起始物質(zhì)的量之比為2，圖象可知a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，二氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)化率之比等于1：3，則氫氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{3}{2}$×60%=90%，故C正確；
D．溫度升高二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率減小，說(shuō)明升溫平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，b點(diǎn)溫度高對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K值小于c點(diǎn)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC；
（5）在體積為2L的固定絕熱的密閉容器中加入1 molCH₃OH和1 molH₂O，第4 min達(dá)到平衡，反應(yīng)中c（CO₂）的變化情況如圖2所示，說(shuō)明是逆反應(yīng)達(dá)到的化學(xué)平衡狀態(tài)，在第5 min時(shí)向體系中再充入0.2molCO₂和0.4molH₂（其它條件不變），平衡正向進(jìn)行二氧化碳濃度減小，第8 min達(dá)到平衡，此時(shí)c（H₂）=c（CH₃OH），0.2起點(diǎn)，0.175平衡點(diǎn)，據(jù)此畫出圖象為，
答：5到9 min的c（CO₂）濃度示意曲線．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)組成和含量的測(cè)定、物質(zhì)組成的計(jì)算應(yīng)用、熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的影響因素判斷，主要是圖象的理解和繪制，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度較大．