Question

【題目】降低大氣中CO2的含量和有效地開發利用CO2正成為研究的主要課題。

（1）已知在常溫常壓下：

① 2CH3OH(l) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g) ΔH ＝－1275.6 kJ/mol

② 2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g) ΔH ＝－566.0 kJ/mol

③ H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH ＝－44.0 kJ/mol

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式：______________________。

（2）在容積為2L的密閉容器中，充入2mol CO2和6mol H2，在溫度500℃時發生反應：

CO2（g）+ 3H2（g）CH3OH（g）+ H2O（g） △H<0。

CH3OH的濃度隨時間變化如圖。回答有關問題：

①從反應開始到20分鐘時，H2的平均反應速率v(H2)＝_________________

②從30分鐘到35分鐘達到新的平衡，改變的條件可能是__________________________

A．增大壓強 B．加入催化劑 C．升高溫度 D．增大反應物的濃度

③列式計算該反應在35分鐘達到新平衡時的平衡常數(保留2位小數)_______________

④如果在30分鐘時,再向容器中充入2mol CO2和6mol H2，保持溫度不變，達到新平衡時，CH3OH的濃度____________1mol.L-1(填“>”、“<”或“=”)。

（3）一種原電池的工作原理為：2Na2S2 + NaBr3Na2S4 + 3NaBr。用該電池為電源，以氫氧化鉀水溶液作電解質進行電解，使CO2在銅電極上可轉化為甲烷。

①該電池負極的電極反應式為：______________________________________

②電解池中產生CH4一極的電極反應式為：_______________________________________。

（4）下圖是NaOH吸收CO2后某種產物的水溶液在pH從0至14的范圍內H2CO3、HCO3－、CO32－三種成分平衡時的組成分數。

下列敘述正確的是_______________

A．此圖是1.0 mol·L-1碳酸鈉溶液滴定1.0 mol·L-1 HCl溶液的滴定曲線

B．在pH分別為6.37及10.25時，溶液中c(H2CO3)=c(HCO3－)=c(CO32－)

C．人體血液的pH約為7.4，則CO2在血液中多以HCO3－形式存在

D．若用CO2和NaOH反應制取NaHCO3，宜控制溶液的pH為7～9之間

Answer 1

【答案】CH3OH(l)+ O2(g) ＝CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝﹣442.8 kJ∕mol 0.075mol/( L·min) D 0.15 mol-2.L2 > 2S22- - 2e-=S42- CO2+8e－+6H2O=CH4+8OH- C D

【解析】

（1）根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減構造目標方程式，反應熱也乘以相應的系數并進行相應的計算；

（2）①10min時甲醇的濃度為0.50mol/L，根據化學計量數計算出氫氣的濃度變化，再計算出氫氣的平均反應速率；

②平衡正向移動了，從影響平衡移動的因素考慮；

③用三段式法求算，代入K的計算公式計算即可，K=；

④從濃度和平衡移動的角度分析；

（3）①電池負極發生氧化反應，化合價升高的物質在負極反應，據此分析；

②CO2轉化為甲烷，C的價態有+4價變為-4價，發生還原反應，再注意電解質溶液即可寫出電極方程式；

（4）A、由圖象可以看出，開始H2CO3濃度最大，CO32-濃度最小，不可能根據1.0 molL-1HCl溶液滴定1.0 molL-1碳酸鈉溶液的實驗數據繪出；

B、由圖可知，pH為6.37時c（H2CO3）=c（HCO3-），pH為10.25時，c（HCO3-）=c（CO32-）；

C、由圖可知，pH為7.4時，HCO3-的最大；

D、在PH為7～9時，溶液中多以HCO3-形式存在。

（1）根據蓋斯定律：（①－②+③×4）×0.5整理可得CH3OH(l)+ O2(g)＝CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝﹣442.8 kJ∕mol ；

（2）①從反應開始到20分鐘時，CH3OH的平均反應速率v(CH3OH)= =0.025mol/(L·min)，根據方程式可得：v(H2)：v(CH3OH)=3:1.所以v(H2)=0.075mol/(L·min)；

②從30分鐘到35分鐘達到新的平衡，c(CH3OH)增大，

A. 從30分鐘到35分鐘時，若增大壓強，需要縮小容器體積，甲醇濃度變化不會逐漸變化，應該立即變化，錯誤；

B.加入催化劑，使化學反應速率正反應與逆反應改變的倍數相同，因此平衡不發生移動，物質的濃度也不變；

C.升高溫度，平衡逆向移動，c(CH3OH)會減小，錯誤；

D.增大反應物的濃度，平衡正向移動，產生更多的甲醇，使其濃度增大，正確；

故答案選D。

③ CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）(各物質濃度mol/L)

反應前 1 3 0 0
反應了 0.70 0.21 0.70 0.70
平衡后 0.30 0.79 0.70 0.70
K= ==0.15mol-2L2；

故答案為：0.15 mol-2．L2；

④如果在30分鐘時,再向容器中充入2mol CO2和6mol H2，保持溫度不變，若平衡不發生移動，則CH3OH的濃度應該是1mol/L。但是增大濃度的同時，容器的壓強也增大，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向即向正反應方向移動，因此CH3OH的濃度大于1mol/L；

（3）①根據電池總反應式可知該電池負極是Na2S2。該電極的反應式是2S22- - 2e-=S42- ；

②由于是使CO2在銅電極上可轉化為甲烷，C原子得到電子。所以在電解池中產生CH4一極（即陰極）的電極反應式為：CO2+8e－+6H2O=CH4+8OH－；

（4）A.該圖是NaOH吸收CO2后某種產物的水溶液在pH從0至14的范圍內H2CO3、HCO3－、CO32－三種成分平衡時的組成分數，錯誤；

B．有分布示意圖可知：在pH為6.37溶液中c(H2CO3)=c(HCO3－)；在pH=10.25時，溶液中c(HCO3－)=c(CO32－，錯誤；

C．人體血液的pH約為7.4，則根據微粒的存在與溶液的pH關系可知：CO2在血液中多以HCO3－形式存在，正確；

D．由于在溶液的pH為7～9之間時含C微粒主要以HCO3－存在，所以若用CO2和NaOH反應制取NaHCO3，宜控制溶液的pH為7～9之間，正確；

故答案選CD。