Question

【題目】“低碳循環(huán)”引起各國(guó)的高度重視，而如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用CO2，引起了全世界的普遍重視。將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)。

(1)在一恒溫恒容密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2進(jìn)行上述反應(yīng)。測(cè)得CO2(g)和CH3OH(g)濃度隨時(shí)間變化如圖所示。

①0～10 min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為____________，第10 min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，則平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移動(dòng)。

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。則表示CH3OH(l)燃燒熱的熱化學(xué)方程式為______________________________________。

(2)如圖，25 ℃時(shí)以甲醇燃料電池(電解質(zhì)溶液為稀硫酸)為電源來電解600 mL一定濃度的NaCl溶液，電池的負(fù)極反應(yīng)式為_________________________________。

在電解一段時(shí)間后，NaCl溶液的 pH 變?yōu)?2(假設(shè)電解前后NaCl溶液的體積不變，陽極產(chǎn)物只有Cl2)，則理論上消耗甲醇的物質(zhì)的量為________mol。

(3)向(2)U形管內(nèi)電解后的溶液（假設(shè)NaCl溶液完全被電解）中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下89.6 mL 的CO2氣體，則所得溶液呈________(填“酸”“堿”或“中”)性，溶液中各離子濃度由大到小的順序_________。

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

【解析】

(1)①三行式法計(jì)算，并且計(jì)算平衡常數(shù)；利用QC與K之間的關(guān)系判斷平衡移動(dòng)方向；

②利用蓋斯定律計(jì)算；注意可燃物甲醇系數(shù)必須為1，產(chǎn)物水必須為液態(tài)；

(2)根據(jù)負(fù)極為甲醇失電子，注意酸性環(huán)境，寫出電極反應(yīng)式；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算；

(3)二氧化碳與堿反應(yīng)，先確定反應(yīng)產(chǎn)物，再比較離子濃度。

(1)①圖示甲醇初始濃度為1mol/L和甲醇投入量1mol可知容器容積為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氫氣/△t==0.225mol/(L.min)

K=≈5.33

Qc= =≈2.49<K，所以平衡正向移動(dòng)；

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。

根據(jù)蓋斯定律：②×3/2+③×2-④-①，可得CH3OH(l)燃燒熱的熱化學(xué)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)原電池：負(fù)極：CH4O -6e-+ H2O = CO2+6H+ 正極：3/2O2+6H++6e-=3H2O

電解池：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ pH=12說明氫氧根離子濃度為0.01mol/L，則生成氫氧根離子物質(zhì)的量為0.01mol/L×600×10-3L=0.006mol；

根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等列關(guān)系式：6e-～6NaOH ～ CH4O

6mol 1mol

0.006mol n

計(jì)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；假設(shè)二氧化碳通入氫氧化鈉溶液生成碳酸鈉xmol，碳酸氫鈉ymol；

根據(jù)鈉元素的守恒：2x+y=0.006； 根據(jù)碳元素守恒：x+y=0.004；

解得：x=0.002mol y=0.002mol，溶液為碳酸鈉與碳酸氫鈉1:1的混合溶液，所以溶液顯堿性，由于CO32-+H2OHCO3-+OH-，使得CO32-的濃度比HCO3-的濃度略微小一些，故離子濃度c(Na＋ ) >c(HCO3—) >c(CO32—) >c(OH－) >c(H＋)；

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