Question

17．“低碳循環(huán)”引起各國的高度重視，而如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了全世界的普遍重視．所以“低碳經(jīng)濟(jì)”正成為科學(xué)家研究的主要課題．
（1）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實(shí)驗(yàn)1中以v （CO₂） 表示的反應(yīng)速率為0.13mol/（L．min）； （取小數(shù)二位，下同）．
②該反應(yīng)為吸（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)2條件下平衡常數(shù)K=$\frac{1}{6}$．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol．
（3）某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如圖所示的電池裝置． 
①該電池正極的電極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
②工作一段時(shí)間后，測得溶液的pH減小，該電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O．
（4）CO₂在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mo1/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為5.6×10^-5mol/L．

Answer 1

分析 （1）①實(shí)驗(yàn)1中6s到達(dá)平衡，消耗CO物質(zhì)的量為4mol-2.4mol=1.6mol，由方程式開始生成二氧化碳為1.6mol，再根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計(jì)算v （CO₂）；
②實(shí)驗(yàn)1等效為先在實(shí)驗(yàn)2的基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍，平衡不移動(dòng)，平衡時(shí)氫氣為實(shí)驗(yàn)2中的2倍，即為0.8mol，然后再降低溫度，氫氣物質(zhì)的量增大為1.6mol，說明升高溫度平衡正向移動(dòng)；
計(jì)算平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計(jì)算；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2可得：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l），反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（3）①正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成水；
②本質(zhì)是甲醇燃燒生成二氧化碳與水，生成的二氧化碳與KOH反應(yīng)生成碳酸鉀與水，電解質(zhì)溶液的pH減��；
（4）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）計(jì)算沉淀時(shí)混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答 解：（1）①實(shí)驗(yàn)1中6s到達(dá)平衡，消耗CO物質(zhì)的量為4mol-2.4mol=1.6mol，由方程式開始生成二氧化碳為1.6mol，則v （CO₂）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{6s}$=0.13mol/（L．min），
故答案為：0.13mol/（L．min）；
②實(shí)驗(yàn)1等效為先在實(shí)驗(yàn)2的基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍，平衡不移動(dòng)，平衡時(shí)氫氣為實(shí)驗(yàn)2中的2倍，即為0.8mol，然后再降低溫度，氫氣物質(zhì)的量增大為1.6mol，說明升高溫度平衡正向移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
實(shí)驗(yàn)2平衡時(shí)，生成氫氣為0.4mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：2      1       0        0
變化量（mol）：0.4    0.4     0.4      0.4
平衡量（mol）：1.6    0.6     0.4      0.4
反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算，故K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=$\frac{1}{6}$，
故答案為：吸；$\frac{1}{6}$；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol；
（3）①正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成水，正極電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②本質(zhì)是甲醇燃燒生成二氧化碳與水，生成的二氧化碳與KOH反應(yīng)生成碳酸鉀與水，電解質(zhì)溶液的pH減小，該電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O；
（4）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=$\frac{1}{2}$×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=$\frac{2.8×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-4}}$mol/L=2.8×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L，
故答案為：5.6×10^-5mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、熱化學(xué)方程式書寫、原電池、溶度積計(jì)算等，（4）為易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生容易將混合溶液中鈣離子濃度當(dāng)中氯化鈣溶液濃度．