Question

一碳化學是指以研究分子中只含有一個碳原子的化合物（如CH₄、CO₂、CH₃OH等）為原料來合成一系列化工原料和燃料的化學．科學家提出一種“綠色自由”構(gòu)想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經(jīng)化學反應(yīng)后使空氣中的CO₂轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌�化工原料，如圖所示：

（1）分解池通入高溫水蒸氣的作用是

 

．
（2）目前工業(yè)上可用CO₂生產(chǎn)

 

甲醇燃料，反應(yīng)的化學方程式為：CO₂（g）+3H₂?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H．
已知：

共價鍵	C=O	H-H	C-O	C-H	O-H
鍵能KJ?mol-1	750	436	358	413	463

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達式K=

 

．
②該反應(yīng)△H=

 

KJ?mol^-1
③用甲醇可以設(shè)計成燃料電池，應(yīng)用于電腦、汽車等能量的來源．設(shè)計較多的是由甲醇負極、氧正極和質(zhì)子交換膜構(gòu)成，寫出負極的電極反應(yīng)式

 

．
④已知25℃℃、101kPa下，2.0g液態(tài)甲醇完全燃燒生成液態(tài)水時放出45.4KJ的熱量，則甲醇的標準燃燒熱為

 

KJ?mol^-1．
⑤為了提高甲醇的日生產(chǎn)量，可采取的措施是

 

．
A．減小壓強  B．使用合適的催化劑 C．溫度越低越好  D．控制適當?shù)臏囟?img src="http://thumb.1010pic.com/pic3/upload/images/201411/35/b5a4ba01.png" style="vertical-align:middle;FLOAT:right;" />
（3）CO₂（g）+2CH₄（OH）（g）?CH₃OCOOCH₃（g）+H₂O（g）△H，控制一定條件，該反應(yīng)能自發(fā)進行，即△H

 

0（填寫＞、＜、=）．在恒溫容積可變的容器中加入1 mol CO₂、2 molCH₃OH．CO₂的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)時間關(guān)系如圖1示．在反應(yīng)過程中加壓，若t₁時容器體積為1000mL，則 t₂時容器體積V=

 

mL．
（4）過氧化尿素合成反應(yīng)式如下：CO（NH₂）₂+H₂O₂→CO（NH₂）₂?H₂O₂△H＜0．當n（過氧化氫）：n（尿素）為1.3：1，反應(yīng)時間45min，用水楊酸作為穩(wěn)定劑，分別考察反應(yīng)溫度對反應(yīng)效果的影響如圖2示[活性氧含量可視為CO（NH₂）₂?H₂O₂產(chǎn)量的直觀表示]．從圖2可以看出，在實驗選定的溫度范圍內(nèi)，隨反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)品活性氧含量先增加而隨后減少．
①根據(jù)圖2信息，最佳反應(yīng)溫度為

 

．
②如何說明該反應(yīng)中在實驗選定的溫度范圍內(nèi)，隨反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)品活性氧含量先增加而隨后減少

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)條件高溫結(jié)合產(chǎn)物來分析；
（2）①根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物濃度的冪次方之積比上反應(yīng)物濃度的冪次方之積來書寫；
②根據(jù)△H=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和來計算；
③在燃料電池的負極上是燃料發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此來書寫；
④燃燒熱是指在25℃、101kPa下，1mol純凈物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量，表示燃燒熱的熱化學方程式中可燃物的物質(zhì)的量必須為1mol，產(chǎn)物必須為穩(wěn)定氧化物；
⑤A．減小壓強平衡向逆反應(yīng)方向移動，降低甲醇的日生產(chǎn)量；
B．使用合適的催化劑，可以提供反應(yīng)速率，從而提高甲醇的日生產(chǎn)量；
C、D．溫度越低，雖然平衡向正反應(yīng)方向移動，但反應(yīng)速率較慢也不行，所以應(yīng)控制適當?shù)臏囟龋?br />（3）根據(jù)△G=△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)來判斷；根據(jù)不同體積平衡時的K不變來計算；
（4）①根據(jù)圖象分析，產(chǎn)品活性氧含量最高時溫度最佳來分析；
②從反應(yīng)速率及其平衡移動來分析溫度對產(chǎn)品活性氧含量的影響；

解答： 解：（1）通入高溫水蒸氣后生成了二氧化碳，所以通入高溫水蒸氣的作用是使KHCO₃分解放出二氧化碳氣體，故答案為：使KHCO₃分解放出二氧化碳氣體；
（2）①平衡常數(shù)K=

C(CH3OH)C(H 2O)

C(CO 2)C(H2) 3

，故答案為：

C(CH3OH)C(H 2O)

C(CO 2)C(H2) 3

；
②△H=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=750×2+436×3-（413×3+358+463+463×2）=-178KJ/mol，故答案為：-178；
③在燃料電池的負極上是燃料發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，由甲醇負極、氧正極和質(zhì)子交換膜構(gòu)成得知是酸性溶液，所以負極的電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
④在25℃、101kPa下，2g液態(tài)甲醇完全燃燒生成液態(tài)水時放出45.4KJ的熱量，則32g液態(tài)甲醇完全燃燒生成液態(tài)水時放出的熱量為16×45.4KJ=726.4KJ，
甲醇的標準燃燒熱為-726.4KJ?mol^-1，故答案為：-726.4；
⑤A．減小壓強平衡向逆反應(yīng)方向移動，降低甲醇的日生產(chǎn)量，故A不選；
B．使用合適的催化劑，可以提供反應(yīng)速率，從而提高甲醇的日生產(chǎn)量，故B選；
C、D．溫度越低，雖然平衡向正反應(yīng)方向移動，但反應(yīng)速率較慢也不行，所以應(yīng)控制適當?shù)臏囟�，故C不選，D選；
故選：BD；
（3）根據(jù)△G=△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)，又該反應(yīng)△S＜0，控制一定條件，該反應(yīng)能自發(fā)進行，即△H＜0；
由圖象數(shù)據(jù)可得：CO₂（g）+2CH₄（OH）（g）?CH₃OCOOCH₃（g）+H₂O（g）
            t1平衡0.5       1                 0.5          0.5
            t2平衡0.2       0.4               0.8          0.8
根據(jù)K相等，設(shè)t₂時容器體積為V，則

0.5 1 × 0.5 1

0.5 1 ×( 1 1 ) 2

=

0.8 V × 0.8 V

0.2 V ×( 0.4 V )2

，解得V=25ml，故答案為：＜；25；
（4）①根據(jù)圖象分析，產(chǎn)品活性氧含量最高時溫度最佳，所以最佳溫度為30℃，故答案為：30℃；
②首先溫度升高有利于尿素溶解及加快了反應(yīng)速率，進而提高產(chǎn)品收率，但是溫度過高，又會導致過氧化氫受熱分解，同時該反應(yīng)又是放熱反應(yīng)，升高溫度使平衡向逆反應(yīng)方向移動，影響了產(chǎn)品活性氧含量，所以隨反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)品活性氧含量先增加而隨后減少，故答案為：由于溫度升高有利于尿素溶解及加快了反應(yīng)速率，進而提高產(chǎn)品收率，但是溫度過高，又會導致過氧化氫受熱分解，同時該反應(yīng)又是放熱反應(yīng)，升高溫度使平衡向逆反應(yīng)方向移動，影響了產(chǎn)品活性氧含量；

點評：本題考查平衡常數(shù)的表達式及其計算、化學平衡影響因素、反應(yīng)熱的計算、電極反應(yīng)式的書寫等，要能根據(jù)題目所給信息解題，善于發(fā)掘題目信息，題目難度中等．