Question

8．化學(xué)原理是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）①己知：CH₄、H₂的燃燒熱（△H）分別為-890.3kJ/mol、-285.8kJ/mol，則CO₂和H₂反應(yīng)生成CH₄的熱化學(xué)方程式是CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol．
②有人設(shè)想以N₂和H₂為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖1所示，電池正極的電極反應(yīng)式是N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，A是氯化銨．
（2）甲醇是一種可再生能源，具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上可用合成氣制備甲醇，反應(yīng)為CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g），某溫度下在容積為2L的密閉容器中進(jìn)行該反應(yīng)，其相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2：
①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始至平衡時(shí)，用CO表示化學(xué)反應(yīng)速率為0.03mol/（L•min），該溫度下的平衡常數(shù)為$\frac{75}{8}$；
②5min至10min時(shí)速率變化的原因可能是反應(yīng)受熱或使用了催化劑；
（3）①常溫下，將V mL、0.1000mol/L氫氧化鈉溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol/L醋酸溶液中，充分反應(yīng)（忽略溶液體積的變化）；如果溶液pH=7，此時(shí)V的取值＜20.00（填“＞”、“=”或“＜”），溶液中c（Na⁺）、c（CH₃COO^-）、c（H⁺）、c（OH^-）的大小關(guān)系是c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）；
②常溫下，將a mol/L的醋酸與b mol/L的氫氧化鈉溶液等體積混合，反應(yīng)后，溶液呈中性，則醋酸的電離常數(shù)為$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$（用含有a、b字母的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)燃燒熱寫(xiě)出①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol；
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1；
依據(jù)蓋斯定律，②×4-①來(lái)計(jì)算焓變；
②電池中氫氣失電子，在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng)，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$結(jié)合圖象計(jì)算CH₃OH的速率，再根據(jù)速率之比等于系數(shù)之比計(jì)算CO的化學(xué)反應(yīng)速率；根據(jù)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）c（{H}_{2}）^{2}}$及各組分的濃度計(jì)算出該反應(yīng)的平衡常數(shù)；
②反應(yīng)速率加快，根據(jù)升溫或者使用催化劑可以使反應(yīng)速率加快分析；
（3）①溶液的酸堿性是根據(jù)溶液中H⁺濃度與OH^-濃度的相對(duì)大小判斷的，只要溶液中c（H⁺）=c（OH^-），溶液就呈中性，CH₃COOH是弱電解質(zhì)，電離程度不大，NaOH是強(qiáng)電解質(zhì)，完全電離，反應(yīng)生成的乙酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽水解呈堿性，需溶液呈中性，需少加堿；根據(jù)溶液呈中性pH=7c（H⁺）=c（OH^-）結(jié)合電荷守恒c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-）進(jìn)行解答；
②呈中性則c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，以此計(jì)算．

解答 解：（1）①CH₄、H₂的燃燒熱（△H）分別為-890.3kJ/mol、-285.8kJ/mol；
則①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol；
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1；
依據(jù)蓋斯定律，②×4-①得到：CO₂ （g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1×4+890.3KJ/mol=-252.9 kJ/mol；
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9 kJ/mol；
②該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng)，電池中氫氣失電子，在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)式為N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨溶液，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；氯化銨；
（2）①根據(jù)圖象CH₃OH的速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{10min}$=0.03mol/（L•min），又速率之比等于系數(shù)之比，所以CO的化學(xué)反應(yīng)速率也為0.03mol/（L•min）；又由圖象可以看出平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為0.8mol，CO為0.4mol，CH₃OH為0.6mol，所以平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）c（{H}_{2}）^{2}}$=$\frac{\frac{0.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{0.8}{2}）^{2}}$=$\frac{75}{8}$，
故答案為：0.03mol/（L•min）；$\frac{75}{8}$；
②反應(yīng)速率加快，而且在10分鐘的時(shí)刻，達(dá)平衡狀態(tài)，可能是反應(yīng)受熱或使用了催化劑，
故答案為：反應(yīng)受熱或使用了催化劑；
（3）①CH₃COOH是弱電解質(zhì)，電離程度不大，NaOH是強(qiáng)電解質(zhì)，完全電離，反應(yīng)生成的乙酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，水解呈堿性，需溶液呈中性pH=7，需少加堿，所以常溫下，將V mL、0.1000mol•L^-1氫氧化鈉溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol•L^-1醋酸溶液中，充分反應(yīng)，V＜20.00mL溶液呈中性pH=7，c（H⁺）=c（OH^-）；根據(jù)電荷守恒c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），c（H⁺）=c（OH^-），溶液中的溶質(zhì)為乙酸鈉溶液，水的電離是微弱的，所以c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-），
故答案為：＜；c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）； 
②呈中性則c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，則CH₃COOH的電離常數(shù)K_a=$\frac{c（{H}^{+}）c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{1{0}^{-7}mol/L×bmol/L}{（a-b）mol/L}$=$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$，
故答案為：$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、原電池原理、平衡的移動(dòng)和溶液中的反應(yīng)等相關(guān)知識(shí)，綜合性強(qiáng)，比較有難度．