Question

16．近年来，由于二氧化碳的大量排放，直接威胁着人类赖于生存的生态环境．人们愈来愈关注着二氧化碳气体的开发及利用．
（1）据报道，美国海军科学家拟从海水中提取H₂，从空气中提取CO₂合成短链羟来代替汽油．已知氢气的燃烧热为-285.8kJ•mol^-1；辛烷（C₈H₁₈，可作为汽油用）的燃烧热为-5518kJ•mol^-1．写出CO₂和H₂合成辛烷的热化成方程式8CO₂（g）+25H₂（g）=C₈H₁₈（l）+16H₂O（l）△H=-1627 k J•mol^-1．
（2）二氧化碳加氢合成甲醇是其合理利用碳资源的有效途径之一，反应如下：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
①某温度下，将1molCO₂和3molH₂充入体积不变的2L密闭容器中，发生上述反应，下列能确定该条件下反应达到最大转化限度的是AB．
A、CO₂含量不再变化        B、容器内压强不再变化
C、3v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）        D、△H不再发生变化
②同时测得不同时刻的反应前后压强关系如下：

时间（h）	1	2	3	4	5	6
P后/P前	0.90	0.85	0.82	0.81	0.80	0.80

则用氢气表示前2小时反应平均速率V（H₂）=0.225mol/（L•h）．
列式计算该温度下CO₂的平衡转化率：40%．
③若反应条件为压强6MPa，300℃的反应温度下二氧化碳和氢气按1：3的比例通入，测得二氧化碳的平衡转化率℃为50%，该反应该条件的平衡常数K_P=$\frac{1}{27}$（MPa）^-2（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）；列举提高CO₂转化率的措施增大氢气与CO₂的比例或及时分离出甲醇或水蒸气．
（3）CO₂和NaOH溶液反应可生成NaHCO₃溶液，查阅资料得常温下H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4.2×10^-7，K₂=5.6×10^-11；实验测得常温下0.1mol/L的NaHCO₃的pH为8，则0.1mol/L的NaHCO₃溶液中离子浓度大小顺序为A．
A、c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（CO₃^2-）＞c（H⁺）
B、c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
C、c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）
D、c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）

Answer 1

分析 （1）燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，据此计算25mol氢气完全燃烧放出热量，标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式；
（2）①该条件下反应达到最大转化限度是指反应达到平衡状态，正逆反应速率相同，个组分含量保持不变，据此分析选项
②反应速率V=$\frac{△c}{△t}$计算得到，反应物转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
③依据三段式列式计算平衡时气体物质的量，压强之比等于气体物质的量之比，计算得到各气体的分压，结合平衡常数概念计算，提高CO₂转化率可以增加氢气的量，也可以改变条件使平衡正向进行；
（3）实验测得常温下0.1mol/L的NaHCO₃的pH为8，溶液显碱性，碳酸氢根离子水解大于其电离程度；

解答 解：（1）已知氢气的燃烧热为-285.8kJ•mol^-1；辛烷（C₈H₁₈，可作为汽油用）的燃烧热为-5518kJ•mol^-1．25mol氢气完全燃烧放热1627 k J，写出CO₂和H₂合成辛烷的热化成方程式8CO₂（g）+25H₂（g）=C₈H₁₈（l）+16H₂O（l）△H=-1627 k J•mol^-1，
故答案为：8CO₂（g）+25H₂（g）=C₈H₁₈（l）+16H₂O（l）△H=-1627 k J•mol^-1；
（2）①该条件下反应达到最大转化限度是指反应达到平衡状态，
将1molCO₂和3molH₂充入体积不变的2L密闭容器中发生反应，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反应是气体体积减小的反应
A、CO₂含量不再变化，说明反应达到平衡状态，故A正确；      
B、容器内压强不再变化，说明反应达到平衡状态，故B正确；
C、反应速率之比等于化学方程式计量数之比，V_正（H₂）=3V_逆（CH₃OH），说明达到平衡状态，但  3v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）不能说明正逆反应速率相同，故C错误；     
D、反应焓变和物质聚集状态及物质的量有关，确定的化学反应，焓变不变，△H不再发生变化不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
故答案为：AB；
②设反应的二氧化碳物质的量为x，气体压强之比等于气体物质的量之比，
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）  1        3        0          0
变化量（mol）  x        3x        x          x
平衡量（mol）1-x      3-3x        x          x
P后：P前=0.85=（4-2x）：（1+3）
x=0.3mol
则用氢气表示前2小时反应平均速率V（H₂）=$\frac{\frac{3×0.3mol}{2L}}{2h}$=0.225mol/（L•h），

反应达到平衡状态时，二氧化碳反应物质的量为y，
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol） 1        3         0         0
变化量（mol）y        3y        y         y
平衡量（mol）1-y      3-3y      y         y
P后：P前=0.8=（4-2y）：（1+3）
y=0.4mol
该温度下CO₂的平衡转化率=$\frac{0.4mol}{1mol}$×100%=40%，
故答案为：0.225mol/（L•h）；40%；
③若反应条件为压强6MPa，300℃的反应温度下二氧化碳和氢气按1：3的比例通入，测得二氧化碳的平衡转化率℃为50%，结合三段式列式计算，
            CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol） 1        3          0        0
变化量（mol） 0.5      1.5       0.5     0.5
平衡量（mol） 0.5      1.5       0.5      0.5
分压=总压×物质的量分数
P（CO₂）=6×$\frac{0.5}{3}$=1
P（H₂）=6×$\frac{1.5}{3}$=3
P（CH₃OH）=6×$\frac{0.5}{3}$=1
P（H₂O）=6×$\frac{0.5}{3}$=1
Kp=$\frac{1}{1×{3}^{3}}$=$\frac{1}{27}$（MPa）^-2
提高CO₂转化率可以增加氢气的量，也可以改变条件使平衡正向进行；采取的措施是增大氢气与CO₂的比例或及时分离出甲醇或水蒸气，提高CO₂转化率，
故答案为：$\frac{1}{27}$（MPa）^-2，增大氢气与CO₂的比例或及时分离出甲醇或水蒸气；
（3）实验测得常温下0.1mol/L的NaHCO₃的pH为8，溶液显碱性，碳酸氢根离子水解大于其电离程度，溶液中离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（CO₃^2-）＞c（H⁺），故选A，
故答案为：A．

点评 本题考查了化学反应速率、平衡三段式和平衡常数概念的计算应用，影响平衡影响分析判断，盐类水解实质理解，掌握基础是关键，题目难度中等．