Question

3．二氧化碳是引起“溫室效應(yīng)”的主要物質(zhì)，節(jié)能減排，高效利用能源，能夠減少二氧化碳的排放．

（1）有一種用CO₂生產(chǎn)甲醇燃料的方法：
已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-b kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-c kJ•mol^-1；
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-d kJ•mol^-1，
則表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1
（2）在一定溫度下的2L固定容積的密閉容器中，通入2molCO₂和3mol H₂，發(fā)生的反應(yīng)為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-a kJ•mol^-1（a＞0），測(cè)得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．
①能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是AB．（選填編號(hào)）
A．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變
B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間的變化而變化
C．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1.2mol H₂，同時(shí)生成0.4molH₂O
D．該體系中H₂O與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1，且保持不變
②計(jì)算該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.20．（保留兩位有效數(shù)字）．若改變條件C（填選項(xiàng)），可使K=1．
A．增大壓強(qiáng)   B．增大反應(yīng)物濃度   C．降低溫度   D．升高溫度   E．加入催化劑
（3）某甲醇燃料電池原理如圖2所示．
①M(fèi)區(qū)發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
②用上述電池做電源，用圖3裝置電解飽和食鹽水（電極均為惰性電極），則該電解的總反應(yīng)離子方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-．假設(shè)溶液體積為300mL，當(dāng)溶液的pH值變?yōu)?3時(shí)（在常溫下測(cè)定），理論上消耗甲醇的質(zhì)量為0.16g（忽略溶液體積變化）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算，書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；
（2）①化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷；
②根據(jù)圖象數(shù)據(jù)結(jié)合平衡常數(shù)K的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)K僅與溫度有關(guān)及反應(yīng)為放熱來(lái)判斷改變條件；
（3）①首先根據(jù)氫離子的移動(dòng)方向來(lái)確定正負(fù)極，然后根據(jù)原電池原理書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式； 
②整個(gè)電路中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目相等，可以根據(jù)電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目相同來(lái)列出已知物質(zhì)和未知物質(zhì)之間關(guān)系式，然后通過(guò)關(guān)系來(lái)求解；

解答 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
②CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-b kJ•mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-c kJ•mol^-1；
④H₂O（g）=H₂O（l）△H=-d kJ•mol^-1，
由③×$\frac{3}{2}$+④×2-②-①得，CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1．
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
A．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，則能說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．平均相對(duì)分子質(zhì)量=$\frac{總質(zhì)量}{總物質(zhì)的量}$，總質(zhì)量一定，總物質(zhì)的量會(huì)變，故混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間的變化而變化說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1.2mol H₂，同時(shí)生成0.4molH₂O，不能體現(xiàn)正逆反應(yīng)，故不能說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．H₂O與CH₃OH都是產(chǎn)物，并且按照1：1的比例生成，所以H₂O與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比一直為1：1，不能說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AB；
②由圖象數(shù)據(jù)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）得
開(kāi)始濃度：1       1.5        0        0
轉(zhuǎn)化濃度：0.25     0.75      0.25    0.25 
平衡濃度：0.75     0.75      0.25    0.25 
所以K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.75{\;}^{3}}$=0.20，
平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，只有通過(guò)改變溫度，來(lái)改變平衡常數(shù)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，K值變大，
故答案為：0.20；C；
（3）①M(fèi)區(qū)是質(zhì)子流出的一極，應(yīng)是原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②用惰性電極，電解飽和食鹽水總的電極反應(yīng)式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，
pH值變?yōu)?3時(shí)，pOH=1，c（OH^-）=0.1mol/L，n（OH^-）=0.1mol/L×0.3L=0.03mol，由方程式CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-可知
 CH₃OH～6e^-～6OH^-
 32g        6mol
m（CH₃OH）  0.03mol
則m（CH₃OH）=32g×0.03mol÷6mol=0.16g，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；0.16g；

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)的計(jì)算、化學(xué)平衡的影響因素、電極反應(yīng)式和離子方程式的書(shū)寫(xiě)、以及蓋斯定律的應(yīng)用等知識(shí)，綜合性強(qiáng)，難度較大．