Question

19．研究碳、硼元素的單質(zhì)及其化合物具有重要意義．回答下列問題：
（1）合成甲醇是合理利用CO₂的有效途徑．已知下列反應(yīng)：
反應(yīng)Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.58kJ•mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：CO （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂
反應(yīng)Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₃=-90.77kJ•mol^-1
①△H₂=-41.19kJ•mol^-1．
②一定條件下，向1L恒容密閉容器中，充入一定量的CO （g）和H₂O（g）發(fā)生反應(yīng)Ⅱ．當(dāng)分別以下列兩種方式充入時，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)體系中CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線如圖1所示．
方式A：n（H₂O）=3mol，n（CO）=3mol          方式B：n（H₂O）=3mol，n（CO）=5mol

分析上述曲線，曲線 I表示方式A（填寫“A”、“B”）；700K時，反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K=0.125；700K時，若向上述容器中充入2molH₂O和4mol CO、2molCO₂、x molH₂，要使反應(yīng)在開始時正向進(jìn)行，則x應(yīng)滿足的條件是0＜x＜0.5．
（2）硼酸（H₃BO₃）是生產(chǎn)其它硼化物的基本原料．H₃BO₃可以通過電解的方法制備，工作原理如圖2所示（陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過）．
①寫出陽極的電極反應(yīng)式4OH^--e^-=2H₂O+O₂↑．
②已知常溫下，一元酸H₃BO₃的電離常數(shù)為K=5.8×10^-10，H₂CO₃的電離常數(shù)為K₁=4.4×10^-7、K₂=4.7×10^-11．若向盛有飽和硼酸溶液的試管中，滴加0.1mol•L^-1 Na₂CO₃溶液，不能（填“能”或“不能”）觀察到氣泡逸出．
③硼酸鈉[NaB（OH）₄]溶液中離子濃度由大到小的順序?yàn)閏（Na⁺）＞c[B（OH）₄^-]＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
②圖象分析相同溫度下，兩種反應(yīng)物，增大一種物質(zhì)的量會提高另一種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，結(jié)合三行式進(jìn)行計(jì)算，化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)K各個生成物平衡濃度系數(shù)次方的乘積和各個反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次方乘積的比值，據(jù)此計(jì)算；
（2）①根據(jù)陽極中陰離子為B（OH）₄^-和氫氧根離子判斷放電能力強(qiáng)弱，所以氫氧根離子放電；
②H₃BO₃的電離常數(shù)為5.8×10^-10，H₂CO₃的電離常數(shù)為K₁=4.4×10^-7，因5.8×10^-10＜4.4×10^-7，所以不能觀察到氣泡逸出；
③硼酸鈉[NaB（OH）₄]是強(qiáng)堿弱酸鹽，溶液中B（OH）₄^-水解溶液顯堿性；

解答 解：（1）①反應(yīng)Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.58kJ•mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）?CO （g）+H₂O（g）△H₂
反應(yīng)Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₃=-90.77kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅱ可以是Ⅰ-Ⅲ得到，所以反應(yīng)Ⅱ的焓變△H₂=（-49.58kJ•mol^-1）-（-90.77kJ•mol^-1）=+41.19 kJ•mol^-1 ，
故答案為：+41.19 kJ•mol^-1；
②方式A：n（H₂O）=3mol，n（CO）=3mol，方式B：n（H₂O）=3mol，n（CO）=5mol，二者比較B相當(dāng)于增大一氧化碳的量，轉(zhuǎn)化率小于A，所以曲線 I代表A的投料，
在溫度為700K的條件下，充入3mol H₂O和5mol CO，該反應(yīng)達(dá)到平衡，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率是20%，體積為1L，
         CO （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度：5        3         0         0
變化濃度：1        1         1         1
平衡濃度：4        2         1         1
該溫度下，反應(yīng)I的平衡常數(shù)K=$\frac{1×1}{4×2}$=0.125，
700K時，若向上述容器中充入2molH₂O和4mol CO、2molCO₂、x molH₂，要使反應(yīng)在開始時正向進(jìn)行，濃度分別為2mol/L，4mol/L，2mol/L，xmol/L，若使反應(yīng)在開始時正向進(jìn)行，濃度商Qc=$\frac{x×2}{2×4}$＜K=0.125
x=0.5
則x應(yīng)滿足的條件是0＜x＜0.5
故答案為：A，0.125，0＜x＜0.5；
（2）①根據(jù)陽極中陰離子為B（OH）₄^-和氫氧根離子判斷放電能力強(qiáng)弱，所以氫氧根離子放電，電極反應(yīng)式為：4OH^--e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：4OH^--e^-=2H₂O+O₂↑；
②H₃BO₃的電離常數(shù)為5.8×10^-10，H₂CO₃的電離常數(shù)為K₁=4.4×10^-7，因5.8×10^-10＜4.4×10^-7，所以不能觀察到氣泡逸出，
故答案為：不能；          
③硼酸鈉[NaB（OH）₄]是強(qiáng)堿弱酸鹽，溶液中B（OH）₄^-水解溶液顯堿性，溶液中離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c[B（OH）₄^-]＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c[B（OH）₄^-]＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點(diǎn)評 本題綜合考查學(xué)生蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、化學(xué)平衡移動的影響因素等知識，屬于綜合知識的考查，難度較大．