Question

隨著世界上業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的劇增，全球能源緊張及世界氣候面臨越來越嚴(yán)重的問題．如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂引起了全世界的普遍關(guān)注．
I．（l）CO₂與H₂可用來合成可再生能源甲醇，己知CH₃OH（1）標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱△H=-726.5kJ?mol^-l、
H₂（g）燃燒生成液態(tài)水的熱值為142.9KJ?g^-1，則CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（1）+H₂O（1）
△H=

 

．
（2）現(xiàn)將0.8mol CO₂和2.4mol H₂充入容積為20L的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列說法正確的是

 

．
A．該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行
B．當(dāng)容器內(nèi)CO₂氣體體積分?jǐn)?shù)恒定時，該反應(yīng)己達(dá)平衡狀態(tài)
C．若其他條件不變，實(shí)驗(yàn)測得平衡常數(shù)；K（T₁）＞K（T₂），則T₁＜T₂
D．現(xiàn)有該反應(yīng)的X、Y兩種催化劑，X能使正反應(yīng)速率加快約5xl0⁵倍、Y能使逆反應(yīng)速率加快約8×10⁶倍（其他條件相同）：故在生產(chǎn)中應(yīng)該選擇X為催化劑更合適
（3）該反應(yīng)進(jìn)行到45s時達(dá)到平衡，此時CO₂的轉(zhuǎn)化率為68.75%．如圖1中的曲線表示該 反應(yīng)在前25s內(nèi)的反應(yīng)進(jìn)程中的CO₂濃度變化．

①若反應(yīng)延續(xù)至70s．請在圖1中用實(shí)線畫出25s至70s的反應(yīng)進(jìn)程曲線．
②某化學(xué)興趣小組采用實(shí)驗(yàn)對比法分析改變實(shí)驗(yàn)條件對該反應(yīng)進(jìn)程的影響，每次只改變一個條件，并采集反應(yīng)進(jìn)程中CO₂的濃度變化，在原有反應(yīng)進(jìn)程圖象上繪制對應(yīng)的曲線．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

實(shí)驗(yàn)編號	CO2起始濃度/mol?L-1	反應(yīng)溫度/℃	反應(yīng)壓強(qiáng)/kPa	是否加入催化劑
A	0.030	150	101	否
B	0.040	150	101	否
C	0.040	250	101	是

但是該小組負(fù)責(zé)繪制圖線的學(xué)生未將曲線（虛線）繪制完整（見圖2），也忘記了注明每條曲線所對應(yīng)改變的條件，請把每個實(shí)驗(yàn)編號與圖2中對應(yīng)的字母進(jìn)行連線．

II．（1）常溫常壓下，空氣中的CO₂溶于水，達(dá)到平衡時，溶液的pH=5.60，c（H₂CO₃）=l．5xl0^-5mol?L^-1．若忽略水的電離及H₂CO₃的第二級電離，請完成下表有關(guān)弱酸的電離平衡常數(shù)：（已知l0^-5.60=2.5xl0^-6）

弱酸化學(xué)式	HC1O	H2CO3
電離平衡常數(shù)	4.7×l0-8	Ka1=     Ka2=5.6x l0-11

現(xiàn)向Na₂CO₃溶液中滴入少量的氯水，寫出Cl₂與Na₂CO₃溶液反應(yīng)的離子方程式

 

．
（2）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃、CdCO₃均為難溶物質(zhì)，現(xiàn)向一含有Ca²⁺、Cd²⁺的混合液中滴加Na₂CO₃溶液，若首先生成CdCO₃沉淀，則可確知

 

．
A．Ksp（CdCO₃）＜Ksp（CaCO₃）B．c（Cd²⁺）＜c（Ca²⁺）C．

c(Cd2+)

c(ca2+)

＞

KsP(CdCO3)

Ksp(CaCO3)

D．

c(Cd2+)

c(Ca2+)

＜

Ksp(CdCO3)

Ksp(CaCO3)

Ⅲ．電解Na₂HPO₃溶液也可得到亞磷酸，裝置示意圖如圖：

①陰極的電極反應(yīng)式為

 

．②產(chǎn)品室中反應(yīng)的離子方程式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學(xué)方程式,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡建立的過程,弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ．（1）CH₃OH（1）標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱△H=-726.5kJ?mol^-l，熱化學(xué)方程式為：①CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5 kJ?mol^-1，H₂（g）燃燒生成液態(tài)水的熱值為142.9KJ?g^-1，熱化學(xué)方程式為：②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（1）；△H=-285.8KJ/mol，反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（1）+H₂O（1）可由上述②×3-①得到，根據(jù)蓋斯定律可求得△H值；
（2）A．該反應(yīng)為熵減的放熱反應(yīng)，根據(jù)△G=△H-T△S判斷；
B．根據(jù)平衡狀態(tài)的特征判斷；
C．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)溫度對平衡移動的影響，判斷溫度的變化；
D．根據(jù)催化劑是同等程度的改變正逆反應(yīng)的速率作判斷；
（3）①45s時達(dá)到平衡，此時CO₂的轉(zhuǎn)化率為68.75%，即平衡時CO₂的濃度為0.04×（1-68.75%）mol/L=0.0125mol/L，即在20s--45s之間CO₂的濃度從0.016變化到0.0125，而在此之后直到70sCO₂的濃度都保持不變，據(jù)此作圖；
②由圖2可知，比較三條曲線，a線對應(yīng)的CO₂的起始濃度最小，故對應(yīng)實(shí)驗(yàn)A，比較b線和c線可知，b線開始反應(yīng)的速率比c線快，故b線對應(yīng)高溫、催化劑的條件，即對應(yīng)實(shí)驗(yàn)C，則曲線c對應(yīng)實(shí)驗(yàn)B，據(jù)此答題；
Ⅱ．（1）根據(jù)H₂CO₃的電離方程式計算電離平衡常數(shù)；根據(jù)HClO的電離平衡常數(shù)和H₂CO₃的兩級電離平衡常數(shù)比較可知，HClO的酸性介于H₂CO₃和HCO₃^-之間，所以少量氯水與碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸氫鹽，據(jù)此寫離子方程式；
（2）根據(jù)溶液中離子濃度積先達(dá)到其Ksp值的物質(zhì)先沉淀進(jìn)行判斷；
Ⅲ①陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②產(chǎn)品室中HPO₃^2-和氫離子結(jié)合 生成亞磷酸．

解答： 解：Ⅰ．（1）CH₃OH（1）標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱△H=-726.5kJ?mol^-l，熱化學(xué)方程式為：①CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8 kJ?mol^-1，H₂（g）燃燒生成液態(tài)水的熱值為142.9KJ?g^-1，熱化學(xué)方程式為：②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（1）；△H=-285.8KJ/mol，反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（1）+H₂O（1）可由上述②×3-①得到，根據(jù)蓋斯定律可得△H=-285.8KJ/mol×3-（-725.8 kJ?mol^-1）=-130.9kJ?mol^-1，故答案為：-130.9kJ?mol^-1；
（2）A．該反應(yīng)為熵減的放熱反應(yīng)，根據(jù)△G=△H-T△S可知，該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，故A正確；
B．因?yàn)镃O₂和H₂起始加入的物質(zhì)的量之比為1：3，參加反應(yīng)的也是1：3，所以在建立平衡的過程中，容器內(nèi)CO₂氣體體積分?jǐn)?shù)始終不變，所以CO₂氣體體積分?jǐn)?shù)不能判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．當(dāng)平衡常數(shù)K（T₁）＞K（T₂），說明在T₁時反應(yīng)正向進(jìn)行的程度大，由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以可以判斷T₁＜T₂，故C正確；
D．因?yàn)榇呋瘎┦峭�等程度的改變正逆反�?yīng)的速率，所以當(dāng)Y能使逆反應(yīng)速率加快約8×10⁶倍的同時，正反應(yīng)也加快約8×10⁶倍，因此選擇Y為催化劑更合適，故D錯誤；
故選AC；
（3）①45s時達(dá)到平衡，此時CO₂的轉(zhuǎn)化率為68.75%，即平衡時CO₂的濃度為0.04×（1-68.75%）mol/L=0.0125mol/L，即在20s--45s之間CO₂的濃度從0.016變化到0.0125，而在此之后直到70sCO₂的濃度都保持不變，據(jù)此可作出圖為，
故答案為：；
②由圖2可知，比較三條曲線，a線對應(yīng)的CO₂的起始濃度最小，故對應(yīng)實(shí)驗(yàn)A，比較b線和c線可知，b線開始反應(yīng)的速率比c線快，故b線對應(yīng)高溫、催化劑的條件，即對應(yīng)實(shí)驗(yàn)C，則曲線c對應(yīng)實(shí)驗(yàn)B，故答案為：；
Ⅱ．（1）根據(jù)H₂CO₃的電離方程式H₂CO₃=HCO₃^-+H⁺可計算電離平衡常數(shù)K_a1=

c(HC O - 3 )?c(H+)

c(H2CO3)

=

c2(H+)

c(H2CO3)

=

(2.5×10-6)2

1.5×10-5

=4.2×10^-7；根據(jù)HClO的電離平衡常數(shù)和H₂CO₃的兩級電離平衡常數(shù)比較可知，HClO的酸性介于H₂CO₃和HCO₃^-之間，所以少量氯水與碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸氫鹽，其離子方程式為Cl₂+2CO₃^2-+H₂O=2HCO₃^-+Cl^-+ClO^-，
故答案為：4.2×10^-7；Cl₂+2CO₃^2-+H₂O=2HCO₃^-+Cl^-+ClO^-；
（2）向一含有Ca²⁺、Cd²⁺的混合液中滴加Na₂CO₃溶液，若首先生成CdCO₃沉淀，不能說明Ksp的大小，也無法確定離子濃度大小，因?yàn)橹挥挟?dāng)溶液中離子濃度積大于其Ksp就會有沉淀出現(xiàn)，由此確定A、B都錯誤，但由于c（Cd²⁺）?c（CO₃^2-）＞Ksp（CdCO₃），c（Ca²⁺）?c（CO₃^2-）＜Ksp（CaCO₃），則

c(Cd2+)?c(C O 2- 3 )

c(Ca2+)?c(C O 2- 3 )

＞

Ksp(CdCO3)

Ksp(CaCO3)

，即

c(Cd2+)

c(Ca2+)

＞

Ksp(CdCO3)

Ksp(CaCO3)

，由此確定C正確，D錯誤，故答案為：C；
Ⅲ．①陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②產(chǎn)品室中HPO₃^2-和氫離子結(jié)合生成亞磷酸，反應(yīng)離子方程式為：HPO₃^2-+2H⁺=H₃PO₃，故答案為：HPO₃^2-+2H⁺=H₃PO₃．

點(diǎn)評：本題考查的知識點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，難度較大，對學(xué)生的綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識的能力要求較高．