Question

8．煤燃烧后的主要产物是CO、CO₂．

（1）已知：①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3KJ/mol
②C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=+90.0kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃
△H₃=+41.3kJ/mol，在反应①的体系中加入催化剂，△H_l不变（填“增大”“减小”或“不变”）．
（2）以CO2为原料可制备甲醇：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，向1L 的恒容密闭容器中充入1molCO₂（g）和3mol H₂（g），测得CO₂（g）和CH3OH（g）浓度随时间的变化如图1 所示．
①图1中N表示的是CO₂（填化学式）；0～8min内，以氢气表示的平均反应速率v（H₂）=0.28mol/（L•min）．
②在一定条件下，体系中CO₂的平衡转化率（α）与L和X的关系如图2 所示，L和X分别表示温度或压强．X表示的物理量是压强（填“温度”或“压强”），L_l ＜（填“＞”或“＜”） L₂．
（3）向一体积为20L的恒容密闭容器中通入1molCO₂发生反应2CO₂（g）═2CO（g）+O₂（g），在不同温度下各物质的体积分数变化如图3所示．1600℃时反应达到平衡，则此时反应的平衡常数K=0.0125．
（4）草酸锌可应用于有机合成、电子工业等．工业上制取ZnC₂O₄的原理如图4所示（电解液不参加反应），Zn电极是阳（填“正”“负”“阴”或“阳”）极．已知在Pb电极区得到ZnC₂O₄，则Pb电极上的电极反应式为2CO₂+2e^-=C₂O₄^2-．

Answer 1

分析 （1）已知：①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3KJ/mol
②C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=+90.0kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃
盖斯定律计算①-②得到反应③的热化学方程式，催化剂降低反应活化能，加快反应速率，不改变化学平衡；
（2）①结合化学平衡三行计算列式计算，向1L 的恒容密闭容器中充入1molCO₂（g）和3mol H₂（g），测得CO₂（g）和CH₃OH（g）浓度随时间的变化如图1 所示，N起始量为1.00mol/L为二氧化碳，平衡后二氧化碳的为0.25mol/L，物质的量为0.25mol，
                          CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）     1               3                 0                  0
变化量（mol）  0.75            2.25             0.75              0.75
平衡量（mol）   0.25           0.75               0.75             0.75
反应速率v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$；
②在一定条件下，体系中CO₂的平衡转化率（α）与L和X的关系如图2 所示，L和X分别表示温度或压强，反应为气体体积减小的放热反应，利用平衡影响原理分析，升温平衡想吸热反应方向进行，增大压强平衡向气体体积减小的方向进行；
（3）图象中1600°C减少的为二氧化碳，平衡体积分数为40%，结合化学平衡三行计算列式计算得到；
（4）Zn在阳极上失电子生成锌离子，Pb电极上CO₂得电子生成C₂O₄^2-．

解答 解：（1）已知：①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3KJ/mol
②C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=+90.0kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃
盖斯定律计算①-②得到CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃=+41.3kJ/mol，
在反应①的体系中加入催化剂，催化剂改变化学反应速率不改变化学平衡，反应的△H₁不变，
故答案为：+41.3；不变；
（2）①结合化学平衡三行计算列式计算，向1L 的恒容密闭容器中充入1molCO₂（g）和3mol H₂（g），测得CO₂（g）和CH₃OH（g）浓度随时间的变化如图1 所示，N起始量为1.00mol/L为二氧化碳，平衡后二氧化碳的为0.25mol/L，物质的量为0.25mol，
                          CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）     1               3                 0                  0
变化量（mol）  0.75            2.25             0.75              0.75
平衡量（mol）   0.25           0.75               0.75             0.75
反应速率v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{2.25mol}{1L}}{8min}$=0.28mol/（L•min）；
故答案为：CO₂；0.28；
②在一定条件下，体系中CO₂的平衡转化率（α）与L和X的关系如图2 所示，L和X分别表示温度或压强，反应为气体体积减小的放热反应，利用平衡影响原理分析，升温平衡想吸热反应方向进行，增大压强平衡向气体体积减小的方向进行，图象可知X增大CO₂的平衡转化率（α），说明平衡正向进行则X为增大压强，L为温度变化，温度升高平衡逆向进行，二氧化碳转化率越大，温度越低，则L₁＜L₂，
故答案为：压强；＜；
（3））向一体积为20L的恒容密闭容器中通入1molCO₂发生反应2CO₂（g）═2CO（g）+O₂（g），在不同温度下各物质的体积分数变化如图3所示．图象中1600°C减少的为二氧化碳，平衡体积分数为40%，1600℃时反应达到平衡，
设二氧化碳消耗浓度为x，
                             2CO₂（g）═2CO（g）+O₂（g）
起始量（mol/L）    0.05               0              0
变化量（mol/L）    x                   x              0.5x
平衡量（mol/L）  0.05-x             x                0.5x
$\frac{0.05-x}{0.05-x+x+0.5x}$=40%
x=0.025mol/L
平衡常数K=$\frac{0.025×0.5×0.02{5}^{2}}{（0.05-0.025）^{2}}$=0.0125，
故答案为：0.0125；
（4）利用电化学还原CO₂制取ZnC₂O₄，则Zn失电子，所以Zn在阳极上失电子生成锌离子，即锌与正极相连为阳极；Pb电极上CO₂得电子生成C₂O₄^2-，则其电极反应为：2CO₂+2e^-=C₂O₄^2-；
故答案为：阳；2CO₂+2e^-=C₂O₄^2-．

点评 本题考查了盖斯定律的计算、反应速率的计算、化学平衡的有关计算、电解原理的应用等，题目综合性较强，题目难度中等，试题侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握有关计算方法以及电解原理．