Question

有效利用現(xiàn)有資源是解決能源問題的一種實(shí)際途徑。發(fā)展“碳一化學(xué)”，開發(fā)利用我國相對豐富的煤炭資源具有重要的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。下面是以焦炭為原料，經(jīng)“碳一化學(xué)”途徑制取乙二醇的過程：

（1）該過程中產(chǎn)生的的CO可繼續(xù)與水蒸氣發(fā)生可逆反應(yīng)得到CO₂和H₂，此反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝_____________。
（2）CH₃OH（l）氣化時(shí)吸收的熱量為27kJ／mol，CH₃OH（g）的燃燒熱為677kJ／mol，請寫出CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式_____________。
（3）“催化還原”反應(yīng)制乙二醇原理如下： CH₃OOC—COOCH₃（g）＋4H₂（g）HOCH₂－CH₂OH（g）＋2CH₃OH（g） △H＝－34kJ／mol
為探究實(shí)際生產(chǎn)的最佳條件，某科研小組進(jìn)行了多方面研究。如圖表示乙二醇達(dá)到平衡時(shí)的產(chǎn)率隨原料投料比[n（氫氣）／n（草酸二甲酯）]和壓強(qiáng)的變化關(guān)系，其中三條曲線分別表示體系壓強(qiáng)為1.5MPa、2．5MPa、3．5MPa的情況，則曲線丙對應(yīng)的壓強(qiáng)是P（丙）＝_____________。

（4）草酸二甲酯水解產(chǎn)物草酸（H₂C₂O₄）為二元中強(qiáng)酸①草酸氫鉀溶液中存 在如下平衡： H₂OH^＋＋OH^－、HC₂O₄^-H^＋＋C₂O₄^2-和____________。
②向0．1mol／L的草酸氫鉀溶液里滴加NaOH溶液至中性，此時(shí)溶液中各粒子濃度關(guān)系正確的是__________（填序號）。

A．c（K＋）＋c（Na＋）＝c（HC2O4-）＋c（C2O42-）

B．c（K＋）＝c（HC2O4-）＋c（H2C2O4）＋c（C2O42-）

C．c（Na＋）＝c（H2C2O4）＋c（C2O42-）

D．c（K＋）＞c（Na＋）

（5）以甲醇為原料，使用酸性電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池，該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為_____________；若以甲烷代替該燃料電池中的甲醇，向外界提供相等電量，則每代替3.2g甲醇，所需標(biāo)準(zhǔn)狀況下的甲烷的體積為____________L。

Answer 1

（1）
（2）CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l） ΔH=--650KJ/mol
（3）1. 5Mpa;
（4） ①HC₂O₄^-+H₂O=H₂C₂O₄+OH^-. ②  B D
（5） CH₃OH+ H₂O-6e^-= CO₂+6H⁺。1.68

試題分析： （1）CO和水蒸汽反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO（g）+H₂O（g） CO₂（g）+H₂（g）�；瘜W(xué)平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各生成物濃度冪指數(shù)的乘積與個(gè)反應(yīng)物濃度冪指數(shù)乘積的比。因此根據(jù)平衡常數(shù)的定義可得該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為：。（2） 燃燒熱是1mol的物質(zhì)完全燃燒產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化物時(shí)所放出的熱量。則CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+ 3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）  ΔH="--650KJ/mol" （3）由制取乙二醇的想方程式CH₃OOC—COOCH₃（g）＋4H₂（g）HOCH₂－CH₂OH（g）＋2CH₃OH（g） △H＝－34kJ／mol 可以看出：在相同的投料比時(shí)，壓強(qiáng)越大，化學(xué)反應(yīng)速率越快，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間就越短。因?yàn)楸麑��?yīng)的反應(yīng)達(dá)到平衡所需要的時(shí)間最長，所以應(yīng)該是壓強(qiáng)最小的1.5MPa的情況。（4）草酸（H₂C₂O₄）為二元中強(qiáng)酸，所以草酸氫鉀是強(qiáng)堿弱酸鹽。在其溶液中存在的弱電解質(zhì)的電離平衡H₂OH^＋＋OH^－、HC₂O₄^-H^＋＋C₂O₄^2-及弱酸根離子的水解平衡：HC₂O₄^-+H₂OH₂C₂O₄+OH^-。②A.任何溶液都存在著電荷守恒。所以有關(guān)系：c（K^＋）＋c（Na^＋）+c（H⁺）＝c（HC₂O₄^-）＋2c（C₂O₄^2-）+c（OH^-）.因?yàn)槿芤撼手行�，所以c（H⁺）＝c（OH^-）。兩式相減可得：c（K^＋）＋c（Na^＋）＝c（HC₂O₄^-）＋2c（C₂O₄^2-）.錯(cuò)誤。B.根據(jù)物料守恒可得c（K^＋）＝c（HC₂O₄^-）（始）= c（HC₂O₄^-）＋c（H₂C₂O₄）＋c（C₂O₄^2-）。正確。C. 根據(jù)A可知c（K^＋）＋c（Na^＋）＝c（HC₂O₄^-）＋2c（C₂O₄^2-）.而c（K^＋）＝c（HC₂O₄^-）（始）= c（HC₂O₄^-）＋c（H₂C₂O₄）＋c（C₂O₄^2-），所以c（Na^＋）＝c（C₂O₄^2-） —c（H₂C₂O₄）.錯(cuò)誤。KHC₂O₄電離使溶液顯酸性，c（K^＋）＝c（HC₂O₄^-）（始），c（Na^＋）= c（HC₂O₄^-）（電離）。但是弱酸根離子HC₂O₄^-電離程度是很微弱的，c（HC₂O₄^-）（始）> c（HC₂O₄^-）（電離）。所以c（K^＋）>c（Na^＋）。正確。因此選項(xiàng)為B、D。（5）以甲醇為原料，使用酸性電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池，該燃料電池的負(fù)極為甲醇，電極反應(yīng)式為CH₃OH+ H₂O-6e^-= CO₂+6H⁺，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極為O₂，電極反應(yīng)式為O₂+ 4e^-+ 4H⁺=2H₂O.n（CH₃OH）=3.2g÷32g/mol=0.1mol.所以根據(jù)電極反應(yīng)式可知電子轉(zhuǎn)移0.6mol，而每mol的甲烷在反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移電子8mol，因此需要消耗甲烷的物質(zhì)的量為0.6mol÷8="0.075mol." 故所需標(biāo)準(zhǔn)狀況下的甲烷的體積為0.075mol×22.4L/mol=1.68L.