Question

【題目】“一碳化學(xué)”是以分子中只含一個碳原子的化合物(如CO、CH4等)為原料來合成一系列化工原料和燃料的化學(xué)。發(fā)展“一碳化學(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)濟價值。下面是以焦炭為原料，經(jīng)“一碳化學(xué)”途徑制取乙二醇的過程：

（1）在容積為2L的密閉容器中，由CO和H2合成乙醇的反應(yīng)為

2CO（g）+ 4H2（g）CH3CH2OH（g）+ H2O(g)，在其他條件不變的情況下，CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示（注：T1、T2均大于280℃)：

①根據(jù)上圖可推知該反應(yīng)ΔH_________0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為____________，降低溫度平衡常數(shù)將_____（填“變大”、“變小”或“不變”）。

③下列說法中能判斷該反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_________（選填編號）。

a．容器中的壓強不變 b．混合氣體的密度不再變化

c．v正（CO）=2v逆（H2O） d．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化

（2）草酸二甲酯水解產(chǎn)物草酸（H2C2O4）為二元中強酸

①用離子方程式解釋KHC2O4溶液顯酸性的原因：_______________。

②向0.1mol/L的草酸氫鉀溶液里滴加NaOH溶液至中性，此時溶液里各粒子濃度關(guān)系正確的是________（填序號）。

a.c（K+）=c（HC2O4-）+c（H2C2O4）+c（C2O42-）

b.c（K+）+c（Na+）=c（HC2O4-）+c（C2O42-）

c.c（Na+）=c（H2C2O4）+c（C2O42-）

d.c（K+）＞c（Na+）

（3）CH3OH（l）氣化時吸收的熱量為27kJ/mol，CH3OH（g）的燃燒熱為677kJ/mol，請寫出CH3OH（l）完全燃燒的熱化學(xué)方程式______________________________。以甲醇為原料，使用酸性電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池，該燃料電池的負極反應(yīng)式為_____________。

Answer 1

【答案】 ＜ K= 變大 a c d HC2O4- H++C2O42-， HC2O4-+H2OH2C2O4+OH-，因為電離程度大于水解程度，所以呈酸性 a d CH3OH（l）+ 2 O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-650kJ/mol CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+

【解析】（1）① 根據(jù)上圖可知，T2達到平衡時間較短，反應(yīng)速率較快，溫度較高，T2條件下CO的轉(zhuǎn)化率較T1的低，則溫度越高，轉(zhuǎn)化率越低，可推知對于反應(yīng)2CO（g）+ 4H2（g） CH3CH2OH（g）+ H2O(g)，升高溫度，平衡向該反應(yīng)逆反應(yīng)方向移動，ΔH＜0；②根據(jù)反應(yīng)2CO（g）+ 4H2（g） CH3CH2OH（g）+ H2O(g)可得平衡常數(shù)表達式為K=，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，生成物的濃度增大，反應(yīng)物的濃度降低，則平衡常數(shù)將變大；③a．該反應(yīng)正反應(yīng)方向為氣體體積減小的方向，反應(yīng)未達平衡時，容器中壓強始終會變化，當壓強不變時，說明反應(yīng)到達平衡，選項a正確； b．反應(yīng)在在容積為2L的密閉容器中，反應(yīng)物都為氣體，氣體的總質(zhì)量不變，容器的體積始終不變，則密度始終不變，不能說明反應(yīng)到達平衡，選項b錯誤； c．根據(jù)反應(yīng)可知，自始至終v正（CO）=2v正（H2O），若v正（CO）=2v逆（H2O），則v正（H2O）=v逆（H2O），說明反應(yīng)到達平衡，選項c正確； d．該反應(yīng)只有氣體參加且正反應(yīng)方向為氣體體積減小的方向，根據(jù)M（平）=，反應(yīng)未達平衡時，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不始終變化，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，則說明反應(yīng)到達平衡狀態(tài)，選項d錯誤；答案選：acd；(2) ①KHC2O4溶液中存在電離平衡：HC2O4- H++C2O42-， 水解平衡：HC2O4-+H2OH2C2O4+OH-，溶液顯酸性表明它的電離程度大于水解程度，所以呈酸性；②a．根據(jù)物料守恒可得c（K+) = c(HC2O4-) + c(H2C2O4) + c(C2O42-)，選項a正確； b．根據(jù)電荷守恒可得c(K+) + c(Na+) = c(HC2O4-) +2 c(C2O42-)，選項b錯誤；c．由物料守恒：c（K+) = c(HC2O4-) + c(H2C2O4) + c(C2O42-)，電荷守恒：c(K+) + c(Na+) = c(HC2O4-) +2 c(C2O42-)，由電荷守恒式子減去物料守恒式子可得：c(Na+) = c(C2O42-) -c(H2C2O4) ，選項c錯誤；d．若加入的NaOH與KHC2O4恰好反應(yīng)c(K+) = c(Na+)。此時溶液呈堿性，故加入的NaOH的物質(zhì)的量要比KHC2O4少，所以c(K+) > c(Na+)，選項d正確。答案選ad；（5）CH3OH（l）氣化時吸收的熱量為27kJ/mol，CH3OH（g）的燃燒熱為677kJ/mol，則CH3OH（l）的燃燒熱為677kJ/mol-27kJ/mol=650 kJ/mol，故CH3OH（l）完全燃燒的熱化學(xué)方程式為：CH3OH（l）+ 2 O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-650kJ/mol；總反應(yīng)式為2CH3OH+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O，正極是還原反應(yīng)，氧氣在正極放電，酸性條件下獲得電子生成水，正極電極反應(yīng)式為：3O2+12H++12e-=6H2O，總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式可得負極電極反應(yīng)式為：2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2+12H+，即CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+。