Question

近年來，由于溫室效應(yīng)和資源短缺等問題，關(guān)于CO₂和碳酸鹽應(yīng)用的研究受到人們的重視．某研究小組利用反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2kJ/mol，制備CO₂與H₂ 的混合氣體，并進(jìn)一步研究CO₂與H₂以不同的體積比混合時(shí)在合適條件下的反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)用．
（1）已知：850℃時(shí)在一體積為10L的恒容密閉容器中，通入一定量的CO和H₂O，CO和H₂O濃度變化如圖1所示：
下列說法正確的是

 

（填序號）
A．達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的物質(zhì)的量是0.12mol
B．達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)體系最終會(huì)放出49.44kJ熱量
C．第4min始，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化
D．第6min時(shí)，若升高溫度，反應(yīng)平衡常數(shù)會(huì)減小
E．第8min時(shí)，若充入氦氣，會(huì)導(dǎo)致v_正（CO）＜v_逆（H₂O）
（2）850℃時(shí)，若在容積為2L的密閉容器中同時(shí)充入1.0mol CO，3.0mol H₂O，1.0mol CO₂和x mol H₂．若要使上述反應(yīng)開始時(shí)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則x應(yīng)滿足的條件是

 

．
（3）研究小組采用堿液吸收一定量CO₂的方法來提高混合氣中H₂與CO₂的體積比．若以1L 1.5mol/L的NaOH溶液充分吸收了22.4L（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積）CO₂，則吸收后溶液中各離子濃度從大到小的順序是

 

．
（4）如將H₂與CO₂以4：1的體積比混合，在適當(dāng)?shù)臈l件下可制得CH₄．已知：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol
則CO₂（g）與H₂（g）反應(yīng)生成CH₄（g）與液態(tài)水的熱化學(xué)方程式是

 

．
（5）熔融鹽燃料電池（見圖2）是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，以CH₄為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極．已知負(fù)極的電極反應(yīng)是CH₄+4CO₃^2--8e^-═5CO₂+2H₂O．正極的電極反應(yīng)是

 

．為了使該燃料電池長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定．為此電池工作時(shí)必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)，則A物質(zhì)的化學(xué)式是

 

．實(shí)驗(yàn)過程中，若通入了標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣448L（假設(shè)空氣中O₂體積分?jǐn)?shù)為20%），則熔融鹽燃料電池消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下CH₄

 

L．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素,離子濃度大小的比較

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）A．由圖可知，平衡時(shí)△c（CO）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，利用濃度變化量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算△c（H₂），再根據(jù)n=cV計(jì)算n（H₂）；
B．850℃時(shí)該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H≠-41.2kJ/mol；
C．隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量不變，平均相對分子質(zhì)量不變；
D．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)；
E．恒容密閉容器中，若充入氦氣，體積不變，各物質(zhì)的濃度不變，速率不變；
（2）根據(jù)圖象計(jì)算平衡濃度計(jì)算得到平衡常數(shù)，計(jì)算濃度商，反應(yīng)正向進(jìn)行Q＜K計(jì)算判斷；
（3）二氧化碳與氫氧化鈉的反應(yīng)為2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O 2NaOH+CO₂=NaHCO₃，根據(jù)方程式計(jì)算；
（4）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以合適的系數(shù)進(jìn)行加減，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（5）燃料電池中，正極發(fā)生的反應(yīng)一定是氧氣得電子的過程；電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，可以循環(huán)利用的物質(zhì)只有二氧化碳；在燃料電池和電解池的串聯(lián)電路中，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目是相同的．

解答： 解：（1）A．由圖可知，平衡時(shí)△c（CO）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，濃度變化量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故△c（H₂）=△c（CO）=0.12mol/L，故n（H₂）=0.12mol/L×10L=1.2mol，故A錯(cuò)誤；
B．生成1.2mol氫氣，通常條件下放出的熱量為41.2kJ×

1.2mol

1mol

=49.44kJ，850℃時(shí)該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H≠-41.2kJ/mol，故B正確；
C．由圖可知4min時(shí)到達(dá)平衡，隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量不變，平均相對分子質(zhì)量不變；所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量始終不變化，故Cz正確；
D．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，故D正確；
E．恒容密閉容器中，若充入氦氣，體積不變，各物質(zhì)的濃度不變，速率不變，故E錯(cuò)誤；
故答案為：BCD．
（2）850℃時(shí)在一體積為10L的恒容密閉容器中，通入一定量的CO和H₂O，起始濃度c（CO）=0.20mol/L，c（H₂O）=0.30mol/L，CO和H₂O濃度變化分析，平衡濃度一氧化碳為0.08mol/L，水蒸氣平衡濃度為0.18mol/L，依據(jù)化學(xué)三段式計(jì)算平衡濃度
               CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol/L） 0.20     0.30    0        0
變化量（mol/L） 0.12     0.12    0.12      0.12
平衡量（mol/L） 0.08      0.18   0.12     0.12  
K=

0.12×0.12

0.08×0.18

=1
在容積為2L的密閉容器中同時(shí)充入1.0mol CO，3.0mol H₂O，1.0mol CO₂和xmol H₂，若要使上述反應(yīng)開始時(shí)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，Q=

x×1

1×3

＜K=1，得到x＜3；
故答案為：x＜3；
（3）二氧化碳與氫氧化鈉的反應(yīng)為2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O NaOH+CO₂=NaHCO₃，已知n（NaOH）=1.5mol，n（CO₂）=1mol，
設(shè)反應(yīng)生成的Na₂CO₃為xmol，NaHCO₃為ymol，則根據(jù)碳原子守恒和鈉原子守恒得：2x+y=1.5，x+y=1，解得x=0.5  y=0.5，
溶液中Na₂CO₃的水解程度大于NaHCO₃水解程度，所以溶液中c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），溶液顯堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），
所以溶液中各離子濃度從大到小的順序是：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（4）已知：①CH₄ （g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
②H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol
由蓋斯定律，②×4-①得CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄ （g）+2H₂O（l）△H=-252.9 kJ/mol
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄ （g）+2H₂O（l）△H=-252.9 kJ/mol；
（5）料電池中，正極反應(yīng)一定是氧氣的電子的過程，該電池的電解質(zhì)環(huán)境是熔融碳酸鹽，所以電極反應(yīng)為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-）；
電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，可以循環(huán)利用的物質(zhì)只有二氧化碳；
若通入了標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣448L（假設(shè)空氣中O₂體積分?jǐn)?shù)為20%），則氧氣的物質(zhì)的量為4mol，根據(jù)電極反應(yīng)為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，所以轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為16mol，根據(jù)電池的負(fù)極電極反應(yīng)是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，當(dāng)轉(zhuǎn)移16mol電子時(shí)，消耗CH₄ 2mol，則CH₄在（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的體積V=nVm=2mol×22.4L/mol=44.8L，
故答案為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-）；CO₂； 44.8．

點(diǎn)評：本題考查化學(xué)平衡圖象及有關(guān)計(jì)算、鹽的水解原理的應(yīng)用、熱化學(xué)方程式、原電池原理的應(yīng)用及電子轉(zhuǎn)移的計(jì)算等，涉及的知識點(diǎn)較多，題目難度較大．