Question

20．研究表明丰富的CO₂完全可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源（石油和天然气）到本世纪中叶将枯竭的危机，同时又可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环．
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂和H₂在230℃能量催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气．如图表示恒压容器中0.5mol CO₂和1.5mol H₂转化率达80%时的能量变化示意图．能判断该反应达到化学平衡状态的依据是bd（填字母）．
a．容器中压强不变
b．H₂的体积分数不变
c．c（H₂）=3c（CH₃OH）
d．容器中密度不变
e．2个C=O断裂的同时有6个H-H断裂
（2）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度 ℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/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实验2条件下平衡常数K=．
②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b的值（填具体值或取值范围）．
③实验4，若900℃时，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均为1mol，则此时v（正）＜v（逆）（填“＜’’、“＞”或“=’’）．
（3）已知在常温常压下：
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
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol
（4）已知草酸是一种二元弱酸，草酸氢钠（NaHC₂O₄）溶液显酸性．常温下，向10mL 0.0l mol．L^-l H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol．L^-l NaOH溶液时，比较溶液中各种离子浓度的大小关系c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）．
（5）以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池．该电池的负极反应式
为CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断，得出正确结论；
（2）①依据图表数据列式计算平衡浓度，再根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积进行计算；
②在反应中当反应物的物质的量之比等于化学计量数之比时，各反应物的转化率相等，某一种反应物越多，其转化率越低，而另一种反应物的转化率则越高，据此答题；
③根据浓度商Qc与平衡常数K的大小，判断反应进行的方向，进而确定正逆反应的速率的大小关系；
（3）依据盖斯定律进行计算，由$\frac{①-②+③×4}{2}$得出正确结论；
（4）H₂C₂O₄和NaOH反应生成NaHC₂O₄，NaHC₂O₄溶液呈酸性说明溶液中电离大于水解，依此比较溶液中HC₂O₄^-、C₂O₄^2-、H₂C₂O₄、H⁺的浓度从大到小的顺序；
（5）原电池负极发生氧化反应，甲醚在负极放电，碱性条件下生成碳酸根与水，依此书写电极反应式．

解答 解：（1）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应；
a．反应再恒压容器中进行，故容器中压强不变，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；
b．H₂的体积分数不变，说明反应达到平衡状态，故b正确；
c．平衡时各物质的浓度之比取决于物质的起始物质的量和转化率，故c（H₂）=3c（CH₃OH），不能说明反应达到平衡状态，故c错误；
d．密度=$\frac{总质量}{体积}$，总质量会变，体积会变，故容器中密度不变，说明反应达到平衡状态，故d正确；
e．2个C=O断裂是正反应，同时有6个H-H断裂也是正反应，故不能说明反应达到平衡状态，故e错误；
故答案为：bd；
（2）①H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始浓度   0.5mol/L    1mol/L           0           0
转化浓度   0.2mol/L   0.2mol/l     0.2mol/l  0.2mol/l
平衡浓度   0.3mol/L   0.8mol/L    0.2mol/l  0.2mol/l
K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.2×0.2}{0.3×0.8}$=0.17，
故答案为：0.17；
②在反应中当反应物的物质的量之比等于化学计量数之比时，各反应物的转化率相等，某一种反应物越多，其转化率越低，而另一种反应物的转化率则越高，所以要使CO的转化率大于水蒸气，则0＜$\frac{a}{b}$＜1，
故答案为：＜1；
③900℃时，当CO、H₂O、CO₂、H₂均为1mol时，浓度商Qc=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1＞0.17=K，所以此时平衡要逆向移动，故V_正＜V_逆，
故答案为：＜；
（3）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
由$\frac{①-②+③×4}{2}$得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=$\frac{-1275.6kJ/mol-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4}{2}$=-442.8KJ/mol；
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol；
 （4）常温下，向10mL 0.01mol•L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol•L^-1NaOH溶液时，H₂C₂O₄和NaOH反应生成NaHC₂O₄，由于NaHC₂O₄溶液显酸性，故溶液中HC₂O₄^-的电离程度大于其水解程度，所以c（C₂O₄^2-）＞c（H₂C₂O₄），由于氢离子来自水的电离和HC₂O₄^-的电离，则c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-），HC₂O₄^-的水解程度较小，则c（HC₂O₄^-）＞c（C₂O₄^2-），所以溶液中各离子浓度大小为c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-），
故答案为：c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）；
（5）原电池负极发生氧化反应，甲醚在负极放电，碱性条件下生成碳酸根与水，电极反应式为：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

点评 本题考查化学平衡的标志、平衡常数的计算及化学平衡移动原理、盖斯定律的计算应用、离子浓度大小的比较、电解池反应原理及电极反应式的书写，知识点较多，综合性很强，难度较大．