Question

2．甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，请回答下列问题
（1）一定温度下，在一恒容的密闭容器中，由CO和H₂合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）  
①下列情形不能说明该反应已达到平衡状态的是C（填序号）
A．每消耗1mol CO的同时生成2molH₂
B．混合气体总物质的量不变
C．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
②CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系如右图所示．B、C两点的平衡常数K（B）＞K（C）（填“＞”、“=”或“＜”）
③某温度下，将2.0mol CO和6.0molH₂充入2L的密闭容器中，达到平衡时测得c（CO）=0.25mol/L，CO的转化率=75%，此温度下的平衡常数K=1.3（保留二位有效数字）
（2）常温下，将V mL、0.20mol/L氢氧化钠溶液逐滴加入到20.00mL、0.20mol/L甲酸溶液中，充分反应，溶液pH=7，此时V＜20.00（填“＞”、“=”或“＜”）；当氢氧化钠溶液与甲酸溶液恰好完全反应时，溶液中所含离子浓度由大到小排列顺序c（Na⁺）＞c（HCOO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
（3）温度650℃的熔融盐燃料电池，用（CO、H₂）作反应物，空气与CO₂的混合气体为正极反应物，镍作电极，用Li₂CO₃和Na₂CO₃混合物作电解质．该电池的正极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-
（4）己知：CH₃OH、H₂的燃烧热（△H）分别为-726.5kJ/mol、-285.8kJ/mol，则常温下CO₂和H₂反应生成CH₃OH和H₂O的热化学方程式是CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①达到化学平衡时，正逆反应速率相等，各个组分的浓度不随着时间的变化而变化，根据化学平衡的特征，由此衍生出的一系列物理量都不变，据此来判断；
②化学反应的平衡常数随着温度的变化而变化；
③根据化学反应三行式来依据转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%和平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算；
（2）溶液的酸碱性是根据溶液中H⁺浓度与OH^-浓度的相对大小判断的，只要溶液中c（H⁺）=c（OH^-），溶液就呈中性，HCOOH是弱电解质，电离程度不大，NaOH是强电解质，完全电离，反应生成的甲酸钠是强碱弱酸盐水解呈碱性，需溶液呈中性，需少加碱；当氢氧化钠溶液与甲酸溶液恰好完全反应时，溶液显碱性，甲酸根离子水解浓度减小；
（3）正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子而发生还原反应；
（4）根据燃烧热的概念以及盖斯定律来计算化学反应的焓变，然后写出热化学方程式．

解答 解：（1）①A．每消耗1molCO的同时生成2molH₂，能证明正逆反应速率是相等的，故A错误；
B、该反应是一个前后气体系数和变化的反应，当混合气体总物质的量不变，达到额化学平衡状态，故B错误；
C．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等，不能证明正逆反应速率是相等的，此时不一定达到化学平衡，故C正确
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化，是化学平衡状态的特征，故D错误．
故选C；
②根据图中CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系，当温度升该时，一氧化碳的转化率逐渐减小，所以化学平衡向左移动，所以平衡常数减小，又C点温度比B高，所以K（B）＞K（C），
故答案为：＞；
③将2.0mol CO和6.0mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c（CO）=0.25mol/L，则
           CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
初始浓度：1.0     3.0        0
变化浓度：0.75      1.5      0.75
平衡浓度：0.25      1.5      0.75
CO的转化率=$\frac{0.75}{1}$×100%=75%，
此温度下的化学平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75}{0.25×1．{5}^{2}}$≈1.3，
故答案为：75%；1.3；
（2）CH₃COOH是弱电解质，电离程度不大，NaOH是强电解质，完全电离，反应生成的甲酸钠是强碱弱酸盐，水解呈碱性，需溶液呈中性pH=7，需少加碱，所以常温下，将V mL、0.20mol•L^-1氢氧化钠溶液逐滴加入到20.00mL、0.20mol•L^-1甲酸溶液中，充分反应，V＜20.00mL溶液呈中性pH=7，c（H⁺）=c（OH^-）；当氢氧化钠溶液与甲酸溶液恰好完全反应时，溶液显碱性，甲酸根离子水解浓度减小，溶液中离子浓度大小关系为：c（Na⁺）＞c（HCOO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案为：＜；c（Na⁺）＞c（HCOO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（3）正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子而发生还原反应，电极反应式为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，
故答案为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．
（4）由H₂（g）的燃烧热△H为-285.8kJ•mol^-1知，1molH₂（g）完全燃烧生成1molH₂O（l）放出热量285.8kJ，
即①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1；
②CH₃OH（l）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
由盖斯定律可知，3×①-②得CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ•mol^-1，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ•mol^-1．

点评 本题考查了化学平衡状态的判断、化学平衡移动以及化学平衡常数、离子浓度大小比较、电极方程式的书写等，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力，题目难度中等．