Question

17．研究CO₂的利用對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義．
（1）已知拆開1mol H₂、1mol O₂和液態(tài)水中1mol O-H鍵使之成為氣態(tài)原子所需的能量分別為436kJ、496kJ和462kJ；CH₃OH（g）的燃燒熱為627kJ•mol^-1．則CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（l）△H=-93kJ•mol^-1
（2）將燃煤廢氣中的CO₂轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為：2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）
①該反應(yīng)平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）•{c}^{6}（{H}_{2}）}$．
②已知在某壓強下，該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時，CO₂的轉(zhuǎn)化率如圖1所示．該反應(yīng)的△H＜0，（填“＞”或“＜”）．若溫度不變，減小反應(yīng)投料比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]，則K將不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
③某溫度下，向體積一定的密閉容器中通入CO₂（g）與H₂（g）發(fā)生上述反應(yīng)，當(dāng)下列物理量不再發(fā)生變化時，能表明上述可逆反應(yīng)達到化學(xué)平衡的是ABC．
A．二氧化碳的濃度           B．容器中的壓強
C．氣體的密度               D．CH₃OCH₃與H₂O的物質(zhì)的量之比
（3）向澄清的石灰水中通入CO₂至溶液中的Ca²⁺剛好完全沉淀時，則溶液中c（CO₃^2-）=2.8×10^-4mol/L．[已知：K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9]
（4）以甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料的燃料電池為電源，以石墨為電極電解500mL滴有酚酞的NaCl溶液，裝置如圖2所示：請寫出電解過程中Y 電極附近觀察到的現(xiàn)象Y電極附近溶液中有氣體產(chǎn)生，上部分呈黃綠色；當(dāng)燃料電池消耗2.8L O₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時，計算此時：NaCl溶液的pH=14（假設(shè)溶液的體積不變，氣體全部從溶液中逸出）．

Answer 1

分析 （1）設(shè)反應(yīng)的反應(yīng)熱為xkJ•mol^-1，根據(jù)甲醇的燃燒熱寫出：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-627kJ•mol^-1 ，結(jié)合CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（l）△H=xkJ•mol^-1利用蓋斯定律可得：3H₂（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=3H₂O（l）△H=-627kJ•mol^-1+kJ•mol^-1，再依據(jù)焓變△H=反應(yīng)物拆化學(xué)鍵吸收的能量-生成物形成化學(xué)鍵放出的能量計算得到；
（2）①根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積進行計算；
②根據(jù)溫度對平衡的影響分析△H的符號；平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān)；
③當(dāng)可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體現(xiàn)中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度及百分含量都不變，以及由此引起的一些物理量不變，據(jù)此分析解答；
（3）根據(jù)Ca²⁺剛好完全沉淀時，c（Ca²⁺）=1×10^-5mol/L以及Ksp=c（Ca²⁺）c（CO₃^2-）計算；
（4）惰性電極電解飽和食鹽水，Y電極是陽極，溶液中氯離子失電子生成氯氣；依據(jù)原電池和電解池中存在的電子守恒結(jié)合電極反應(yīng)計算溶液pH．

解答 解：（1）設(shè)反應(yīng)的反應(yīng)熱為xkJ•mol^-1，根據(jù)甲醇的燃燒熱寫出：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-627kJ•mol^-1 ，結(jié)合CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（l）△H=xkJ•mol^-1利用蓋斯定律可得：3H₂（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=3H₂O（l）△H=-627kJ•mol^-1+xkJ•mol^-1，即436kJ×3+496kJ×$\frac{3}{2}$-462kJ×6=-627kJ+xkJ，解得：x=-93；
故答案為：-93；    
（2）①平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，所以平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）•{c}^{6}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）•{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
②因為溫度越高，CO₂轉(zhuǎn)化率越小，則平衡逆移，所以該反應(yīng)正方向為放熱反應(yīng)，即△H＜0，K只受溫度影響，若溫度不變，減小投料比，則K不變，
故答案為：＜；不變；
③A．二氧化碳的濃度不變，則達到了平衡，故A選；
B．反應(yīng)前后氣體的系數(shù)和不相等，當(dāng)容器內(nèi)壓強不再改變，則達到了平衡，故B選；
C．該反應(yīng)是一個反應(yīng)前后氣體體積變化的可逆反應(yīng)，容器的體積不變，但反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，氣體的密度不發(fā)生變化，則達到了平衡，故C選；
D．任何時候CH₃OCH₃與H₂O的物質(zhì)的量之比不變，不能說明反應(yīng)達到平衡，故D不選；
故答案為：ABC；
（3）向澄清的石灰水中通入CO₂至溶液中的Ca²⁺剛好完全沉淀時，c（Ca²⁺）=1×10^-5mol/L，則c（CO₃^2-）=$\frac{2.8×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-5}}$mol/L=2.8×10^-4mol/L；
故答案為：2.8×10^-4mol/L；
（4）電解池中Y電極為陽極，溶液中氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，現(xiàn)象是冒氣泡，上部溶液呈黃綠色；
當(dāng)燃料電池消耗2.8LO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）物質(zhì)的量=$\frac{2.8L}{22.4L/mol}$=0.125mol，電極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電子轉(zhuǎn)移為0.5mol，電解池中 陽極電極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，依據(jù)電子守恒溶液中減少氫氧根離子物質(zhì)的量和增加的氫離子物質(zhì)的量守恒，則溶液中氫離子濃度=$\frac{0.5mol}{0.5L}$=1mol/L，此時NaCl溶液的pH=14；
故答案為：Y電極附近溶液中有氣體產(chǎn)生，上部分呈黃綠色；14．

點評 本題主要考查了化學(xué)平衡的判斷、化學(xué)平衡常數(shù)、溶解平衡的計算以及熱化學(xué)方程式的書寫、原電池反應(yīng)、電解池反應(yīng)原理的應(yīng)用判斷，注意把握從鍵能的角度以及蓋斯定律計算反應(yīng)熱的方法，第（1）問難度較大．