Question

二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质。高效利用能源，能够减少二氧化碳的排放。

I．在一定温度下的2 L固定容积的密闭容器中，通入2 mol CO₂和3 mol H₂，发生的反应为CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)　ΔH＝－a kJ·mol^－1(a＞0)，测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①不能说明该反应已达平衡状态的是__________。(填编号)

A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变

B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化

C．单位时间内每消耗1.2 mol H₂，同时消耗0.4 mol H₂O

D．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1∶1，且保持不变

②从0 min到10 min，v(H₂)＝______________________。

③下列措施中不能使增大的是______(填编号)。

A．降低温度                       B．将H₂O(g)从体系中分离

C．恒温恒容下充入He(g)            D．恒温恒容再充入2 mol CO₂和3 mol H₂

④计算该温度下此反应的平衡常数K＝_____________________(保留两位有效数字)。

II．为进一步探究CO₂与NaCN溶液反应的产物，查得数据如下：

化学式	电离平衡常数（25℃）
HCN	K=4.9×10^－10
H2CO3	K1=4.3×10^－7、K2=5.6×10^－11

25℃时，测得HCN和NaCN的混合溶液的pH=11，则c(HCN)/c(CN^－)＝_________（可用分数表示）。

向NaCN溶液中通入少量CO₂，则发生反应的离子方程式为：_____________________。

III．（1）有一种利用CO₂生产甲醇燃料的方法：

已知：CO₂(g)＋3H₂(g) ===CH₃OH(g)＋H₂O(l)  ΔH＝－a kJ·mol^－1；

CH₃OH(g)===CH₃OH(l)　ΔH＝－b kJ·mol^－1；

2H₂(g)＋O₂(g)===2H₂O(l)　ΔH＝－c kJ·mol^－1；

则表示CH₃OH(l)燃烧热的热化学方程式为____________________________________。

（2）某甲醇燃料电池原理如图所示。

①M区发生反应的电极反应式为_______________________________。

②用上述电池做电源，用如图装置电解饱和食盐水（电极均为惰性电极），假设溶液体积为300mL（体积变化忽略），当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），理论上消耗甲醇的质量为_______g。

Answer

D 0.075 mol·L－1·min－1 C 0.20 L2/mol2 0.02或1/49 CN－+ CO2+ H2O =HCN+ HCO3－ CH3OH(l)＋3/2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－(c－a－b) kJ·mol－1 CH3OH－6e－＋H2O＝CO2＋6H＋ 0.16

【解析】I．①未平衡时是个变量，现在不变说明已经达到平衡状态了；A．未平衡CO2的体积分数是个变化的量，现在混合气体CO2的体积分数保持不变，说明已经平衡了，故A正确；B．未平衡时混合气体的平均相对分子质量是个变化的量，现在不随时间的变化而变化，说明已经达平衡状态，故B正确；C．单位时间内每消耗1.2mol H2，向正方向，同时消耗0.4mol H2O，向逆方向，且速率与化学计量数对应成正比，说明已经达平衡状态，故C正确；D．反应中H2O与CH3OH的物质的量浓度之比为1：1，且保持不变，不能说明各自的量不再随时间的变化而变化，故D错误；故选D。

② CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)
初始(mol/L) 1        1.5         0         0
变化(mol/L) 0.25     0.75       0.25     0.25
平衡(mol/L) 0.75      0.75     0.25      0.25

从0 min到10 min，v(H2)＝=0.075 mol·L－1·min－1；

③A．降低温度，平衡正向移动， 增大，故A正确；B．将H2O(g)从体系中分离，平衡正向移动，导致 增大，故B正确；C．恒温恒容再充入1molHe对平衡无影响， 不变，故C错误；D．恒温恒容再充入2molCO2和3molH2相当于加压，平衡正向移动，导致增大，故D正确；故答案为C；

④该温度下此反应的平衡常数K＝=0.20；

II．①由HCN的电离平衡常数Ka=，可知==≈0.02；
②碳酸的一级电离常数大于HCN的，二级电离常数小于HCN的，故碳酸的酸性强于HCN，为碳酸氢根的酸性溶于HCN，故向NaCN溶液中通入少量CO2，反应生成HCN与NaHCO3，该反应离子方程式为：CN-+CO2+H2O=HCN+HCO3-；

III．(1)已知：①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)△H=-akJ•mol-1；②CH3OH(g)═CH3OH(l)△H=-bkJ•mol-1；③2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-ckJ•mol-1； ×③-①-②得：CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+3H2O(l)，依据盖斯定律得：△H=-(c-a-b)kJ•mol-1；所以CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为：CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+3H2O(l)△H=-(c-a-b)kJ•mol-1；

(2)①M区是质子流出的一极，应是原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；
②电解饱和食盐水生成氯气、氢气和氢氧化钠，结合化学方程式书写离子方程式为：2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2 OH-；溶液体积为300mL，当溶液的pH值为13时，溶液中氢氧根离子浓度c(OH-)=0.1mol/L，生成氢氧根离子物质的量=消耗氢离子物质的量=0.1mol/L×0.3L=0.03mol，依据电极反应和电子守恒计算，CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，2H++2e-=H2↑，CH3OH～6H+，甲醇物质的量=0.005mol，质量=0.005mol×32g/mol=0.16g。

点睛：应用盖斯定律进行简单计算时，关键在于设计反应过程，同时注意：①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式)，结合原热化学方程式(一般2～3个)进行合理“变形”，如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数，然后将它们相加、减，得到目标热化学方程式，求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。②当热化学方程式乘、除以某一个数时，ΔH也应相应地乘、除以某一个数；方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“+”“－”符号，即把ΔH看作一个整体进行运算。③将一个热化学方程式颠倒书写时，ΔH的符号也随之改变，但数值不变。④在设计反应过程中，会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。