Question

8．碳的化合物与人类生产、生活密切相关．

（1）标准状况下，将11.2LCO₂通入100mL 1mol/L的NaOH溶液中，所得溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（CO^2-₃）＞c（OH^-）＞c（HCO^-₃）＞c（H⁺）；用溶液中微粒的浓度符号完成下列等式：
①c（OH^-）=2c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-）+c（H⁺）．
②c（H⁺）+c（Na⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）．
（2）图1是1mol NO₂和1molCO反应生成CO₂和NO过程中能量变化示意图，请写出NO₂和CO反应的热化学方程式：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ/mol^-1
（3）在一恒温、恒容密闭容器中发生反应：Ni（s）+4CO（g）$?_{180-200℃}^{50-80℃}$ Ni（CO）₄（g），△H＜0．利用该反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍．下列说法正确的是C   （填字母编号）．
A．增加Ni的量可提高CO的转化率，Ni的转化率降低
B．缩小容器容积，平衡右移，△H减小
C．反应达到平衡后，充入CO再次达到平衡时，CO的体积分数降低
D．当4v_正[Ni（CO）₄]=v_正（CO）时或容器中混合气体密度不变时，都可说明反应已达化学平衡状态
（4）二甲醚催化重整制氢的反应过程，主要包括以下几个反应（以下数据为25℃、1.01×10⁵Pa测定）：
①CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）?2CH₃OH（l）△H=+24.52kJ/mol
②CH₃OH（l）+H₂O（l）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.01kJ/mol
③CO（g）+H₂O（l）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.17kJ/mol
④CH₃OH（l）?CO（g）+2H₂（g）△H=+90.1kJ/mol
工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如图2所示，
①你认为反应控制的最佳温度应为C．
A．300～350℃B．350～400℃C．400～450℃D．450～500℃
②在温度达到400℃以后，二甲醚与CO₂以几乎相同的变化趋势明显降低，而CO、H₂体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，分析可能的原因是可能发生另一种制氢反应为CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO（用相应的化学方程式表示）．

Answer 1

分析 （1）标准状况下，将1.12L CO₂通入100mL 1mol•L^-1的NaOH溶液中恰好完全反应生成碳酸钠，根据碳酸钠溶液中碳酸根离子水解判断离子浓度大小；
①根据碳酸钠溶液中的质子守恒书写；
②根据碳酸钠溶液中的电荷守恒书写；
（2）根据能量变化图，反应热等于=正反应的活化能减去逆反应的活化能，结合热化学方程式的书写规则书写；
（3）A．因Ni是固体，改变用量对反应物的转化率无影响；
B．一定温度下给定的化学方程式的△H不会随着平衡移动而改变；
C．根据外界条件和该反应本身的特点进行分析；
D．根据不同物质的速率关系判断可逆反应时，应当一正一逆，速率之比等于系数比；
（4）①由图可知在400-450℃时，二甲醚的浓度最小，转化率最大；
②温度超过400℃，二甲醚与二氧化碳相同的比例降低，CO与氢气相同的比例升高，说明二甲醚与二氧化碳以1：1反应，生成CO与氢气的比例相同，则反应的方程式为：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO．

解答 解：（1）标准状况下，1.12L CO₂的物质的量为：$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，氢氧化钠的物质的量为：1mol•L^-1×0.1L=0.1mol，二者恰好完全反应生成碳酸钠，由CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-可知：c（Na⁺）最大，水解很微弱，因此c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO^-₃），溶液显碱性c（H⁺）最小，因此碳酸钠溶液中离子浓度大小顺序为：c（Na⁺）＞c（CO^2-₃）＞c（OH^-）＞c（HCO^-₃）＞c（H⁺）；
故答案为：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO^-₃）＞c（H⁺）；
①碳酸钠溶液中，水电离出的氢离子部分与CO₃^2-结合生成H₂CO₃和HCO₃^-，溶液中质子守恒：c（OH^-）=2c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-）+c（H⁺）；
故答案为：c（HCO₃^-）+c（H⁺）；
②碳酸钠溶液中，电荷守恒：c（H⁺）+c（Na⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），
故答案为：2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）；
（2）该反应的焓变△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，所以热化学方程式为：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；
故答案为：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ/mol^-1；
（3）A．Ni是固体，浓度为常数，改变用量对平衡无影响，反应物的转化率不变，故A错误；
B．一定温度下给定的化学方程式的△H不会随着平衡移动而改变，只与方程式的书写方式有关，故B错误；
C．因外界条件为恒温恒容、Ni是固体且正反应为气体体积缩小的反应，所以反应达到平衡后充入CO，相当于在恒温恒压条件下达平衡后又加压，平衡右移，CO的转化率提高，平衡后其体积分数降低，故C正确；
D．速率关系未说明正、逆，不能判断是否已达平衡；因该反应气体质量增加而容积不变，所以混合气体密度是一个变量，当不变时说明反应达平衡，故D错误；
故答案为：C；
（4）①由图可知在400-450℃时，二甲醚的浓度最小，转化率最大，
故答案为：C；
②温度超过400℃，二甲醚与二氧化碳相同的比例降低，CO与氢气相同的比例升高，说明二甲醚与二氧化碳以1：1反应，生成CO与氢气的比例相同，则反应的方程式为：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO，
故答案为：可能发生另一种制氢反应为CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO．

点评 本题考查较为综合，涉及盖斯定律的应用、化学平衡常数、平衡状态的判断、图表信息的提取等，综合性强，侧重分析与应用能力的综合考查，题目难度中等．