Question

【题目】“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，引起了全世界的普遍重视。将CO2转化为甲醇：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)。

(1)在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应。测得CO2(g)和CH3OH(g)浓度随时间变化如图所示。

①0～10 min内，氢气的平均反应速率为____________，第10 min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，则平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。

②若已知：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1；2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－b kJ·mol－1；H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－c kJ·mol－1；CH3OH(g)===CH3OH(l)　ΔH＝－d kJ·mol－1。则表示CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为______________________________________。

(2)如图，25 ℃时以甲醇燃料电池(电解质溶液为稀硫酸)为电源来电解600 mL一定浓度的NaCl溶液，电池的负极反应式为_________________________________。

在电解一段时间后，NaCl溶液的 pH 变为12(假设电解前后NaCl溶液的体积不变，阳极产物只有Cl2)，则理论上消耗甲醇的物质的量为________mol。

(3)向(2)U形管内电解后的溶液（假设NaCl溶液完全被电解）中通入标准状况下89.6 mL 的CO2气体，则所得溶液呈________(填“酸”“碱”或“中”)性，溶液中各离子浓度由大到小的顺序_________。

Answer 1

【答案】0.225 mol·L－1·min－1 正向 CH3OH(l)＋ O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－(b＋2c－a－d) kJ·mol－1 CH4O -6e-+ H2O = CO2+6H+ 0.001 碱 c(Na＋ ) >c(HCO3—) >c(CO32—) >c(OH－) >c(H＋)

【解析】

(1)①三行式法计算，并且计算平衡常数；利用QC与K之间的关系判断平衡移动方向；

②利用盖斯定律计算；注意可燃物甲醇系数必须为1，产物水必须为液态；

(2)根据负极为甲醇失电子，注意酸性环境，写出电极反应式；根据转移电子数相等计算；

(3)二氧化碳与碱反应，先确定反应产物，再比较离子浓度。

(1)①图示甲醇初始浓度为1mol/L和甲醇投入量1mol可知容器容积为1L；列三行式：

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

C初 1 3 0 0

△C 0.75 2.25 0.75 0.75

C平 0.25 0.75 0.75 0.75

v（H2）=△C氢气/△t==0.225mol/(L.min)

K=≈5.33

Qc= =≈2.49<K，所以平衡正向移动；

答案：0.225 mol·L－1·min－1 正向

② ① CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1；

②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－b kJ·mol－1；

③H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－c kJ·mol－1；

④CH3OH(g)===CH3OH(l)　ΔH＝－d kJ·mol－1。

根据盖斯定律：②×3/2+③×2-④-①，可得CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式 CH3OH(l)＋ O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－(b＋2c－a－d) kJ·mol－1；

答案： CH3OH(l)＋ O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－(b＋2c－a－d) kJ·mol－1

(2)原电池：负极：CH4O -6e-+ H2O = CO2+6H+ 正极：3/2O2+6H++6e-=3H2O

电解池：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ pH=12说明氢氧根离子浓度为0.01mol/L，则生成氢氧根离子物质的量为0.01mol/L×600×10-3L=0.006mol；

根据转移电子数相等列关系式：6e-～6NaOH ～ CH4O

6mol 1mol

0.006mol n

计算得n（CH4O）=0.001mol；

答案：CH4O -6e-+ H2O = CO2+6H+ 0.001

(3)n（CO2）=V/Vm=0.004mol,n（NaOH）=0.006mol；假设二氧化碳通入氢氧化钠溶液生成碳酸钠xmol，碳酸氢钠ymol；

根据钠元素的守恒：2x+y=0.006； 根据碳元素守恒：x+y=0.004；

解得：x=0.002mol y=0.002mol，溶液为碳酸钠与碳酸氢钠1:1的混合溶液，所以溶液显碱性，由于CO32-+H2OHCO3-+OH-，使得CO32-的浓度比HCO3-的浓度略微小一些，故离子浓度c(Na＋ ) >c(HCO3—) >c(CO32—) >c(OH－) >c(H＋)；

答案：c(Na＋ ) >c(HCO3—) >c(CO32—) >c(OH－) >c(H＋)