Question

（1）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入体积2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g），得到如下两组数据：

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

①实验1中以v(CO₂)表示的平均反应速率为         （第二位小数）。

②该反应为       （填“吸热”或“放热”）反应。

③求实验2的平常常数K，要求写出计算过程，结果取二位小数。

（2）已知在常温常压下：

写出甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学方程式                          。

（3）甲醇和氧气完全燃烧的反应可以设计为燃料电池，装置如图，该电池通过K₂CO₃溶液吸收反应生的CO₂。则负极的电极反应为               。

（4）CaCO₃的K_SP=2.8×10^¯9。将等体积CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^¯4mol/L，则生成沉淀所需该CaCl₂溶液的最小浓度为         。

Answer

（16分）

（1） ①0.13mol/(L·min)   (3分)      ② 放热    (2分)      

③               CO（g）＋H2O（g）      CO2（g）＋H2（g）

起始浓度（mol/L）  1       0.5                  0        0

变化浓度（mol/L）  0.2     0.2                  0.2       0.2

平衡浓度（mol/L）  0.8     0.3                  0.2       0.2

所以，K=（0.2×0.2）/（0.8×0.3）= 0.17  (4分，三行式2分，表达式1分，答案1分)

（2）CH3OH(l)  +  O2(g) = CO(g) +  2H2O(l)   （2分）ΔH=－442.8 kJ∕mol  (1分)

（3）CH3OH － 6e－  + 7CO32－+ 2H2O= 8HCO3－  (2分)

（4）5.6×10－5mo1/L （2分）

【解析】

试题分析：（1）①由于v=△c/△t=△n/(V•△t)，生成物的起始量为0，则可先求v(H2)=1.6mol÷2L÷6min=0.4/3mol/(L•min)，根据化学方程式中系数之比等于速率之比，则v(CO2)= v(H2)= 0.4/3mol/(L•min)≈0.13mol/(L•min)；②③根据表中数据，实验1中：

                 CO（g）+H2O（g）     CO2（g）+H2（g）

起始浓度（mol/L）  2        1                0        0

变化浓度（mol/L）  0.8      0.8               0.8       0.8

平衡浓度（mol/L）  1.2      0.2               0.8       0.8

所以650℃时该反应的K=（0.8×0.8）/（1.2×0.2）= 8/3≈2.7 

实验2中：

                 CO（g）+H2O（g）     CO2（g）+H2（g）

起始浓度（mol/L）  1        0.5               0        0

变化浓度（mol/L）  0.2       0.2              0.2       0.2

平衡浓度（mol/L）  0.8       0.3              0.2       0.2

所以900℃时该反应的K=（0.2×0.2）/（0.8×0.3）= 0.17 

2.7>0.17，说明升高温度时K减小，前者导致平衡向吸热反应方向移动，后者说明平衡向逆反应方向移动，则逆反应是吸热反应，因此推断正反应是放热反应；（2）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳，为了约去二氧化碳，观察已知热化学方程式可知，（①—②）/2可得：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)   △H=－442.8 kJ∕mol；（3）依题意可知，负极的主要反应物和产物是甲醇和碳酸氢根离子，则CH3OH→HCO3－；甲醇中碳为—2价，则碳元素化合价升高总数为6，根据电子守恒可得：CH3OH—6e－→HCO3－；根据电荷守恒，用CO32－使左右电荷守恒，则CH3OH － 6e－  + 7CO32－→8HCO3－；根据氢、氧原子个数守恒，则负极反应式为CH3OH － 6e－  + 7CO32－+ 2H2O= 8HCO3－；（4）设所需氯化钙溶液的最小浓度为xmol/L，根据稀释定律可知，等体积混合后氯化钙的浓度变为x/2mol/L，而碳酸钠溶液的浓度变为2×10¯4mol/L /2=10¯4mol/L，则c(Ca2+)= x/2mol/L，c(CO32－)= 10¯4mol/L，由于CaCO3(s)Ca2++CO32－，则Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)•c(CO32－)，所以x/2×10¯4=2.8×10¯9，则x=5.6×10－5。

考点：考查化学反应原理大题，涉及平均反应速率、温度对化学平衡的影响、化学平衡常数的计算、盖斯定律、热化学方程式、燃料电池负极反应式、溶度积计算等。