Question

8．碳及其化合物有廣泛應(yīng)用．
（1）工業(yè)冶煉鋁，以石墨為陽(yáng)極．陽(yáng)極反應(yīng)式為2O^2--4e-=O₂↑，可能發(fā)生副反應(yīng)有C+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂（或2C+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO）．
（2）一氧化碳和空氣在酸性介質(zhì)中構(gòu)成燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為．如果理論輸出電壓為1.50V，能量密度E=．
（3）向75mL 4mol•L^-1KOH溶液中緩慢通入4480mL CO₂氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）恰好完全被吸收．①寫出該反應(yīng)的離子方程式：2CO₂+3OH^-=CO₃^2-+HCO₃^-+H₂O．
②該吸收溶液中離子濃度大小排序?yàn)閏（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
③常溫下，a mol•L^-1KHCO₃溶液的pH=8，HCO^3-的水解常數(shù)約等于$\frac{10{\;}^{-12}}{a-10{\;}^{-6}}$．（用含a式表示）．
（4）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂（g）═CH3OH（g）△H₃=-90.8kJ•mol^-1
計(jì)算甲醇蒸氣的燃燒熱△H=-763.8kJ•mol^-1．
（5）某溫度下，發(fā)生可逆反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.0kJ•mol^-1 
①向某容器中充入1.0molH₂和1.0mol（g），在一定條件下發(fā)生上述反應(yīng)．混合氣體中CO的物質(zhì)的量與時(shí)間關(guān)系如下列所示：

	0	5min	10min	15min	20min	25min
I（800℃）	1.0	0.80	0.70	0.65	0.50	0.50
Ⅱ（800℃）	1.0	0.7	0.60	0.50	0.50	0.50

相對(duì)實(shí)驗(yàn)I，實(shí)驗(yàn)II可能改變的條件可能是，該溫度下，平衡常數(shù)=1．
②若開(kāi)始向絕熱容器中投入一定量二氧化碳、氫氣在一定條件下發(fā)生上述可逆反應(yīng)．
下列圖象正確且說(shuō)明可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是A．（填序號(hào)）

Answer 1

分析 （1）電解鋁，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，生成的氧氣在高溫下氧化石墨電極；
（2）①酸性介質(zhì)中，CO被氧化生成二氧化碳；
②計(jì)算1Kg甲醇輸出的電能，結(jié)合能量密度公式：能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量，1kW•h=3.6×10⁶J，一個(gè)電子的電量=1.6×10^-19C計(jì)算；
（3）n（KOH）=0.075L×4mol•L^-1=0.3mol，n（CO₂）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，因?yàn)槎�者�?：2恰好反應(yīng)，據(jù)此書(shū)寫反應(yīng)的離子方程式；
②因?yàn)樘妓岣�水解程度大于碳酸氫根，并且水解后都成堿性，據(jù)此判斷離子濃度大��；
③因?yàn)閍mol•L^-1KHCO₃溶液的pH=8，所以pH=10^-6mol/L，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，c（OH^-）=c（H₂CO₃）=10^-6mol/L，水解程度小，消耗HCO₃^-可忽省不計(jì)，所以根據(jù)K=$\frac{c（H{\;}_{2}CO{\;}_{3}）c（OH{\;}^{-}）}{c（HCO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$計(jì)算；
（4）①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂（g）═CH3OH（g）△H₃=-90.8kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律知，①+②×$\frac{1}{2}$-③得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；
（5）①?gòu)臄?shù)據(jù)看，I和II達(dá)到相同狀態(tài)，說(shuō)明平衡沒(méi)有移動(dòng)，若該可逆反應(yīng)是等氣體分子數(shù)反應(yīng)，則增大壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，或者加入催化劑也能加快反應(yīng)速率，平衡不移動(dòng)；
等氣體分子數(shù)反應(yīng)，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，達(dá)到平衡時(shí)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量都等于0.5mol，根據(jù)K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$計(jì)算；
②A、開(kāi)始投入二氧化碳和氫氣，從逆方向進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)吸熱，開(kāi)始溫度下降，當(dāng)溫度不變時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)；
B、開(kāi)始投入二氧化碳和氫氣，從逆方向進(jìn)行反應(yīng)，氫氣體積分?jǐn)?shù)由最大逐漸減�。�
C、反應(yīng)熱只與化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)，與反應(yīng)限度無(wú)關(guān)．
D、因?yàn)榭傎|(zhì)量不變，總物質(zhì)的量也不變，根據(jù)混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量=$\frac{m（總）}{n（總）}$判斷．

解答 解：（1）電解鋁，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，電極反應(yīng)式為2O^2--4e-=O₂↑，生成的氧氣在高溫下氧化石墨電極，發(fā)生的反應(yīng)有C+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂（或2C+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO），故答案為：2O^2--4e-=O₂↑，C+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂（或2C+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO）；
（2）①在酸性介質(zhì)中CO氧化生成CO₂，負(fù)極反應(yīng)式為CO-2e-+H₂O=CO₂+2H⁺，故答案為：CO-2e-+H₂O=CO₂+2H⁺；
②1KgCO輸出的電能：w=UIt=Uq=1.50×$\frac{1000}{28}$×2×6.02×10²³×1.602×10^-19J
=1.033×10⁷ J
所以E=$\frac{1.033×10{\;}^{7}}{3.6×10{\;}^{6}}$=2.87 kW•h
故答案為：2.87 kW•h•kg^-1；
（3）n（KOH）=0.075L×4mol•L^-1=0.3mol，n（CO₂）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，因?yàn)槎�者恰好反�?yīng)，則反應(yīng)的離子方程式為2CO₂+3OH^-=CO₃^2-+HCO₃^-+H₂O，故答案為：2CO₂+3OH^-=CO₃^2-+HCO₃^-+H₂O；
②因?yàn)樘妓岣�水解程度大于碳酸氫根，并且水解后都成堿性，所以離子濃度大小排序?yàn)閏（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案為：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
③因?yàn)閍mol•L^-1KHCO₃溶液的pH=8，所以pH=10^-6mol/L，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-
c（OH^-）=c（H₂CO₃）=10^-6mol/L，水解程度小，消耗HCO₃^-可忽省不計(jì)，所以K=$\frac{c（H{\;}_{2}CO{\;}_{3}）c（OH{\;}^{-}）}{c（HCO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$=$\frac{10{\;}^{-12}}{a-10{\;}^{-6}}$，故答案為：$\frac{10{\;}^{-12}}{a-10{\;}^{-6}}$．
（4）①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂（g）═CH3OH（g）△H₃=-90.8kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律知，①+②×$\frac{1}{2}$-③得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）
△H=-571.6kJ•mol^-1-566.0kJ•mol^-1×$\frac{1}{2}$+90.8kJ•mol^-1=-763.8kJ•mol^-1，故答案為：-763.8kJ•mol^-1；
（5）①?gòu)臄?shù)據(jù)看，I和II達(dá)到相同狀態(tài)，說(shuō)明平衡沒(méi)有移動(dòng)，若該可逆反應(yīng)是等氣體分子數(shù)反應(yīng)，且反應(yīng)物和產(chǎn)物都是氣態(tài)，增大壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間；加入催化劑也能加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡時(shí)間；
等氣體分子數(shù)反應(yīng)，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，達(dá)到平衡時(shí)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量都等于0.5mol，所以K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$=$\frac{0.5mol×0.5mol}{0.5mol×0.5mol}$=1，故答案為：增大壓強(qiáng)（或縮小體積）、加催化劑；1；
②A、開(kāi)始投入二氧化碳和氫氣，從逆方向進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)吸熱，開(kāi)始溫度下降，當(dāng)溫度不變時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B、開(kāi)始投入二氧化碳和氫氣，從逆方向進(jìn)行反應(yīng)，氫氣體積分?jǐn)?shù)由最大逐漸減小，故B錯(cuò)誤．
C、反應(yīng)熱只與化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)，與反應(yīng)限度無(wú)關(guān)，所以焓變一直不變，故C錯(cuò)誤．
D、因?yàn)榭傎|(zhì)量不變，總物質(zhì)的量也不變，所以混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量=$\frac{m（總）}{n（總）}$始終不變，故D錯(cuò)誤．
故選：A．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的標(biāo)志、平衡常數(shù)的計(jì)算及化學(xué)平衡移動(dòng)原理、蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用、離子濃度大小的比較、電解池反應(yīng)原理及電極反應(yīng)式的書(shū)寫，知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性很強(qiáng)，難度較大．