Question

降低大气中CO₂的含量和有效地开发利用CO₂正成为研究的主要课题。

（1）已知在常温常压下：

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

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：______________________。

（2）在容积为2L的密闭容器中，充入2mol CO₂和6mol H₂，在温度500℃时发生反应：

CO₂（g）+ 3H₂（g）CH₃OH（g）+ H₂O（g） △H<0。

CH₃OH的浓度随时间变化如图。回答有关问题：

①从反应开始到20分钟时，H₂的平均反应速率v(H₂)＝_________________

②从30分钟到35分钟达到新的平衡，改变的条件可能是__________________________

A．增大压强    B．加入催化剂   C．升高温度    D．增大反应物的浓度

③列式计算该反应在35分钟达到新平衡时的平衡常数(保留2位小数)_______________

④如果在30分钟时,再向容器中充入2mol CO₂和6mol H₂，保持温度不变，达到新平衡时，CH₃OH的浓度____________1mol.L^-1(填“>”、“<”或“=”)。

（3）一种原电池的工作原理为：2Na₂S₂ + NaBr₃Na₂S₄ + 3NaBr。用该电池为电源，以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，使CO₂在铜电极上可转化为甲烷。

①该电池负极的电极反应式为：______________________________________

②电解池中产生CH₄一极的电极反应式为：_______________________________________。

（4）下图是NaOH吸收CO₂后某种产物的水溶液在pH从0至14的范围内H₂CO₃、HCO₃^－、CO₃^2－三种成分平衡时的组成分数。

下列叙述正确的是_______________

A．此图是1.0 mol·L^-1碳酸钠溶液滴定1.0 mol·L^-1 HCl溶液的滴定曲线

B．在pH分别为6.37及10.25时，溶液中c(H₂CO₃)=c(HCO₃^－)=c(CO₃^2－)

C．人体血液的pH约为7.4，则CO₂在血液中多以HCO₃^－形式存在

D．若用CO₂和NaOH反应制取NaHCO₃，宜控制溶液的pH为7～9之间

Answer

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）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标方程式，反应热也乘以相应的系数并进行相应的计算；

（2）①10min时甲醇的浓度为0.50mol/L，根据化学计量数计算出氢气的浓度变化，再计算出氢气的平均反应速率；

②平衡正向移动了，从影响平衡移动的因素考虑；

③用三段式法求算，代入K的计算公式计算即可，K=；

④从浓度和平衡移动的角度分析；

（3）①电池负极发生氧化反应，化合价升高的物质在负极反应，据此分析；

②CO2转化为甲烷，C的价态有+4价变为-4价，发生还原反应，再注意电解质溶液即可写出电极方程式；

（4）A、由图象可以看出，开始H2CO3浓度最大，CO32-浓度最小，不可能根据1.0 mol•L-1HCl溶液滴定1.0 mol•L-1碳酸钠溶液的实验数据绘出；

B、由图可知，pH为6.37时c（H2CO3）=c（HCO3-），pH为10.25时，c（HCO3-）=c（CO32-）；

C、由图可知，pH为7.4时，HCO3-的最大；

D、在PH为7～9时，溶液中多以HCO3-形式存在。

（1）根据盖斯定律：（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从反应开始到20分钟时，CH3OH的平均反应速率v(CH3OH)= =0.025mol/(L·min)，根据方程式可得：v(H2)：v(CH3OH)=3:1.所以v(H2)=0.075mol/(L·min)；

②从30分钟到35分钟达到新的平衡，c(CH3OH)增大，

A. 从30分钟到35分钟时，若增大压强，需要缩小容器体积，甲醇浓度变化不会逐渐变化，应该立即变化，错误；

B.加入催化剂，使化学反应速率正反应与逆反应改变的倍数相同，因此平衡不发生移动，物质的浓度也不变；

C.升高温度，平衡逆向移动，c(CH3OH)会减小，错误；

D.增大反应物的浓度，平衡正向移动，产生更多的甲醇，使其浓度增大，正确；

故答案选D。

③ CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）(各物质浓度mol/L)

反应前 1 3 0 0
反应了 0.70 0.21 0.70 0.70
平衡后 0.30 0.79 0.70 0.70
K= ==0.15mol-2•L2；

故答案为：0.15 mol-2．L2；

④如果在30分钟时,再向容器中充入2mol CO2和6mol H2，保持温度不变，若平衡不发生移动，则CH3OH的浓度应该是1mol/L。但是增大浓度的同时，容器的压强也增大，增大压强，平衡向气体体积减小的方向即向正反应方向移动，因此CH3OH的浓度大于1mol/L；

（3）①根据电池总反应式可知该电池负极是Na2S2。该电极的反应式是2S22- - 2e-=S42- ；

②由于是使CO2在铜电极上可转化为甲烷，C原子得到电子。所以在电解池中产生CH4一极（即阴极）的电极反应式为：CO2+8e－+6H2O=CH4+8OH－；

（4）A.该图是NaOH吸收CO2后某种产物的水溶液在pH从0至14的范围内H2CO3、HCO3－、CO32－三种成分平衡时的组成分数，错误；

B．有分布示意图可知：在pH为6.37溶液中c(H2CO3)=c(HCO3－)；在pH=10.25时，溶液中c(HCO3－)=c(CO32－)，错误；

C．人体血液的pH约为7.4，则根据微粒的存在与溶液的pH关系可知：CO2在血液中多以HCO3－形式存在，正确；

D．由于在溶液的pH为7～9之间时含C微粒主要以HCO3－存在，所以若用CO2和NaOH反应制取NaHCO3，宜控制溶液的pH为7～9之间，正确；

故答案选CD。