Question

“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量及有效开发利用CO₂，已引起全世界的普遍重视。一定条件下，CO₂可以转化为甲醇：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)。

（1）在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO₂和3molH₂进行上述反应。测得CO₂(g)和CH₃OH(g)浓度随时间变化如图所示。

①0～10min内，氢气的平均反应速率为___，第10min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1molCO₂(g)和1molH₂O(g)，则平衡___(填“正向”“逆向”或“不”)移动。

②若已知：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)    ΔH=-akJ·mol^-1；

2H₂(g)+ O₂(g)=2H₂O(g)  ΔH=-bkJ·mol^-1

H₂O(g)=H₂O(l)    ΔH=-ckJ·mol^-1；

CH₃OH(g)=CH₃OH(l)    ΔH=-dkJ·mol^-1。

则表示CH₃OH(l)燃烧热的热化学方程为___。

（2）如图所示，25℃时以甲醇燃料电池(电解质溶液为稀硫酸)为电源电解600mL一定浓度的NaCl溶液，电池的正极反应式为___。在电解一段时间后，NaCl溶液的pH变为12(假设电解前后NaCl溶液的体积不变)，则理论上消耗甲醇的物质的量为___mol。

（3）向（2）电解后U形管的溶液中通入标准状况下89.6mL的CO₂气体，则所得溶液呈___ (填“酸”“碱”或“中”)性，溶液中各离子浓度由大到小的顺序为___。

Answer

0.225mol·L-1·min-1 正向 CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-(b+2c-a-d)kJ·mol-1 O2+4e-+4H+=2H2O 0.001 碱 c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)

【解析】

（1）①利用计算反应速率；根据Q、K的关系判断平衡移动方向；

②利用盖斯定律计算CH3OH(l)的燃烧热；

（2）燃料电池的正极是氧气得电子发生还原反应；根据得失电子守恒计算消耗甲醇的物质的量；

（3）根据（2）中生成氢氧化钠的物质的量计算通入标准状况下89.6mL的CO2气体后溶质的物质的量，再判断离子浓度。

(1)①由图示可知甲醇的浓度在10min内增加0.75mol·L-1，所以氢气浓度减少3×0.75mol·L-1，10min内氢气的平均反应速率为0.225mol·L-1·min-1；在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO2，起始时CO2的浓度是1mol·L-1，可知容器的体积是1L，则

K=；

向该密闭容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g)，此时反应的浓度商=，平衡正向移动；

②Ⅰ CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-akJ·mol-1；

Ⅱ 2H2(g)+ O2(g)= 2H2O(g) ΔH=-bkJ·mol-1

Ⅲ H2O(g)=H2O(l) ΔH=-ckJ·mol-1；

Ⅳ CH3OH(g)=CH3OH(l) ΔH=-dkJ·mol-1；

根据盖斯定律，Ⅱ×+Ⅲ×2－Ⅳ－Ⅰ得CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-(b+2c-a-d)kJ·mol-1；

(2)正极发生还原反应，氧气得电子结合氢离子生成水，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O；电解氯化钠溶液生成氢氧化钠，电解一段时间后pH=12，mol/L，n(OH-)=10-2 mol/L×0.6L=0.006mol，根据阴极反应，所以转移电子0.006mol，每消耗1mol甲醇转移电子数目为6mol，利用得失电子守恒，可知消耗甲醇的物质的量为0.001mol。

(3)根据(2)，电解过程中U形管中生成氢氧化钠的物质的量是0.006mol，通入0.0896L÷22.4L/mol＝0.004molCO2后，得到等浓度的Na2CO3和NaHCO3的混合溶液，所以溶液呈碱性；的水解程度大于的水解程度，所以溶液中各离子浓度的大小关系为c(Na+)＞c()＞c()＞c(OH-)>＞(H+)。