Question

“低碳循环”已引起各国家的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量和有效地开发利用CO₂正成为化学家研究的主要课题。

(1)将不同量的CO(g)和H₂O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)，得到如下三组数据：

①实验2条件下平衡常数K=______________。

②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b 的值_______(填具体值或取值范围)。

③实验4，若900℃时，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均为1mol，则此时v_正_________v_逆(填“<”，“>”，“=”)。

(2)已知在常温常压下：

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

②2CO (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：____________

(3)已知草酸是一种二元弱酸，草酸氢钠(NaHC₂O₄)溶液显酸性。常温下，向10 mL 0.01 mol·L^-1H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol·L^-1NaOH溶液时，比较溶液中各种离子浓度的大小关系_____________；

(4)CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10^-9。CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的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CaCl₂溶液的最小浓度为_______________mol/L。

(5)以二甲醚(CH₃OCH₃)、空气、H₂SO₄为原料，铂为电极可构成燃料电池，其工作原理与甲烷燃料电池的原理相似。请写出该电池负极上的电极反应式：__________________。

Answer

或0.17 ＜1 (填0＜a/b＜1亦可) ＜ CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8 kJ∕mol； c(Na+)＞c(HC2O4-)＞c(H+)＞c(C2O42-)＞c(OH-) 5.6×10-5 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+

【解析】

(1)①化学平衡常数K=；

②若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则＞；

③根据浓度商与化学平衡常数相对大小判断反应方向，从而确定正逆反应速率相对大小；

(2)已知：①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ/mol，②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ/mol，③H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ/mol，根据盖斯定律由+2③可得CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)，再计算△H；

(3)草酸氢钠(NaHC2O4)溶液显酸性，说明草酸氢根离子电离程度大于水解程度，但水解和电离程度都较小；

(4)根据c(CaCl2)=计算；

(5)该燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应。

(1)①平衡时c(CO)==0.8mol/L，c(H2)==0.2mol/L，c(H2O)==0.6mol/L，c(CO2)=c(H2)==0.2mol/L，化学平衡常数K===或0.17；

②根据方程式知，参加反应的CO的物质的量等于生成氢气的物质的量，所以a-d=c，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则＞，＜=1，其转化率大于0，所以0＜＜=1；

③c(CO)=c(H2)=c(H2O)=c(CO2)==0.5mol/L，Qc===1＞K，说明平衡向逆反应方向移动，则V正＜V逆；

(2)已知：①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ/mol，②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ/mol，③H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ/mol，根据盖斯定律由+2③可得CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)，则△H=+2×(-44.0kJ/mol)=-442.8 kJ∕mol；

(3)二者恰好反应生成草酸氢钠，草酸氢钠溶液呈酸性c(H+)＞c(OH-)，则草酸氢根离子电离和水电离都生成氢离子，草酸氢根离子水解和电离程度较小，所以离子浓度大小顺序是c(Na+)＞c(HC2O4-)＞c(H+)＞c(C2O42-)＞c(OH-)；

(4)等体积混合后混合溶液中c(Na2CO3)=1×10-4mol/L，根据溶度积常数得混合溶液中c(CaCl2)==mol/L=2.8×10-5mol/L，二者等体积混合时溶质浓度降为原来的一半，所以原来氯化钙浓度为5.6×10-5mol/L；

(5)该燃料电池中，负极上二甲醚失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+。