Question

8．碳的化合物與人類生產、生活密切相關．

（1）標準狀況下，將11.2LCO₂通入100mL 1mol/L的NaOH溶液中，所得溶液中離子濃度由大到小的順序為c（Na⁺）＞c（CO^2-₃）＞c（OH^-）＞c（HCO^-₃）＞c（H⁺）；用溶液中微粒的濃度符號完成下列等式：
①c（OH^-）=2c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-）+c（H⁺）．
②c（H⁺）+c（Na⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）．
（2）圖1是1mol NO₂和1molCO反應生成CO₂和NO過程中能量變化示意圖，請寫出NO₂和CO反應的熱化學方程式：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ/mol^-1
（3）在一恒溫、恒容密閉容器中發(fā)生反應：Ni（s）+4CO（g）$?_{180-200℃}^{50-80℃}$ Ni（CO）₄（g），△H＜0．利用該反應可以將粗鎳轉化為純度達99.9%的高純鎳．下列說法正確的是C   （填字母編號）．
A．增加Ni的量可提高CO的轉化率，Ni的轉化率降低
B．縮小容器容積，平衡右移，△H減小
C．反應達到平衡后，充入CO再次達到平衡時，CO的體積分數(shù)降低
D．當4v_正[Ni（CO）₄]=v_正（CO）時或容器中混合氣體密度不變時，都可說明反應已達化學平衡狀態(tài)
（4）二甲醚催化重整制氫的反應過程，主要包括以下幾個反應（以下數(shù)據為25℃、1.01×10⁵Pa測定）：
①CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）?2CH₃OH（l）△H=+24.52kJ/mol
②CH₃OH（l）+H₂O（l）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.01kJ/mol
③CO（g）+H₂O（l）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.17kJ/mol
④CH₃OH（l）?CO（g）+2H₂（g）△H=+90.1kJ/mol
工業(yè)生產中測得不同溫度下各組分體積分數(shù)及二甲醚轉化率的關系如圖2所示，
①你認為反應控制的最佳溫度應為C．
A．300～350℃B．350～400℃C．400～450℃D．450～500℃
②在溫度達到400℃以后，二甲醚與CO₂以幾乎相同的變化趨勢明顯降低，而CO、H₂體積分數(shù)也以幾乎相同的變化趨勢升高，分析可能的原因是可能發(fā)生另一種制氫反應為CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO（用相應的化學方程式表示）．

Answer 1

分析 （1）標準狀況下，將1.12L CO₂通入100mL 1mol•L^-1的NaOH溶液中恰好完全反應生成碳酸鈉，根據碳酸鈉溶液中碳酸根離子水解判斷離子濃度大��；
①根據碳酸鈉溶液中的質子守恒書寫；
②根據碳酸鈉溶液中的電荷守恒書寫；
（2）根據能量變化圖，反應熱等于=正反應的活化能減去逆反應的活化能，結合熱化學方程式的書寫規(guī)則書寫；
（3）A．因Ni是固體，改變用量對反應物的轉化率無影響；
B．一定溫度下給定的化學方程式的△H不會隨著平衡移動而改變；
C．根據外界條件和該反應本身的特點進行分析；
D．根據不同物質的速率關系判斷可逆反應時，應當一正一逆，速率之比等于系數(shù)比；
（4）①由圖可知在400-450℃時，二甲醚的濃度最小，轉化率最大；
②溫度超過400℃，二甲醚與二氧化碳相同的比例降低，CO與氫氣相同的比例升高，說明二甲醚與二氧化碳以1：1反應，生成CO與氫氣的比例相同，則反應的方程式為：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO．

解答 解：（1）標準狀況下，1.12L CO₂的物質的量為：$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，氫氧化鈉的物質的量為：1mol•L^-1×0.1L=0.1mol，二者恰好完全反應生成碳酸鈉，由CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-可知：c（Na⁺）最大，水解很微弱，因此c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO^-₃），溶液顯堿性c（H⁺）最小，因此碳酸鈉溶液中離子濃度大小順序為：c（Na⁺）＞c（CO^2-₃）＞c（OH^-）＞c（HCO^-₃）＞c（H⁺）；
故答案為：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO^-₃）＞c（H⁺）；
①碳酸鈉溶液中，水電離出的氫離子部分與CO₃^2-結合生成H₂CO₃和HCO₃^-，溶液中質子守恒：c（OH^-）=2c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-）+c（H⁺）；
故答案為：c（HCO₃^-）+c（H⁺）；
②碳酸鈉溶液中，電荷守恒：c（H⁺）+c（Na⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），
故答案為：2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）；
（2）該反應的焓變△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，所以熱化學方程式為：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；
故答案為：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ/mol^-1；
（3）A．Ni是固體，濃度為常數(shù)，改變用量對平衡無影響，反應物的轉化率不變，故A錯誤；
B．一定溫度下給定的化學方程式的△H不會隨著平衡移動而改變，只與方程式的書寫方式有關，故B錯誤；
C．因外界條件為恒溫恒容、Ni是固體且正反應為氣體體積縮小的反應，所以反應達到平衡后充入CO，相當于在恒溫恒壓條件下達平衡后又加壓，平衡右移，CO的轉化率提高，平衡后其體積分數(shù)降低，故C正確；
D．速率關系未說明正、逆，不能判斷是否已達平衡；因該反應氣體質量增加而容積不變，所以混合氣體密度是一個變量，當不變時說明反應達平衡，故D錯誤；
故答案為：C；
（4）①由圖可知在400-450℃時，二甲醚的濃度最小，轉化率最大，
故答案為：C；
②溫度超過400℃，二甲醚與二氧化碳相同的比例降低，CO與氫氣相同的比例升高，說明二甲醚與二氧化碳以1：1反應，生成CO與氫氣的比例相同，則反應的方程式為：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO，
故答案為：可能發(fā)生另一種制氫反應為CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO．

點評 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應用、化學平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)的判斷、圖表信息的提取等，綜合性強，側重分析與應用能力的綜合考查，題目難度中等．