Question

【題目】“低碳循環(huán)”引起各國的高度重視，而如何降低大氣中CO2的含量及有效開發(fā)利用CO2，已引起全世界的普遍重視。一定條件下，CO2可以轉(zhuǎn)化為甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。

（1）在一恒溫恒容密閉容器中充入1molCO2和3molH2進(jìn)行上述反應(yīng)。測得CO2(g)和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖所示。

①0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為___，第10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g)，則平衡___(填“正向”“逆向”或“不”)移動。

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。

則表示CH3OH(l)燃燒熱的熱化學(xué)方程為___。

（2）如圖所示，25℃時以甲醇燃料電池(電解質(zhì)溶液為稀硫酸)為電源電解600mL一定濃度的NaCl溶液，電池的正極反應(yīng)式為___。在電解一段時間后，NaCl溶液的pH變?yōu)?/span>12(假設(shè)電解前后NaCl溶液的體積不變)，則理論上消耗甲醇的物質(zhì)的量為___mol。

（3）向（2）電解后U形管的溶液中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下89.6mL的CO2氣體，則所得溶液呈___ (填“酸”“堿”或“中”)性，溶液中各離子濃度由大到小的順序?yàn)?/span>___。

Answer 1

【答案】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 堿 c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)

【解析】

（1）①利用計(jì)算反應(yīng)速率；根據(jù)Q、K的關(guān)系判斷平衡移動方向；

②利用蓋斯定律計(jì)算CH3OH(l)的燃燒熱；

（2）燃料電池的正極是氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)；根據(jù)得失電子守恒計(jì)算消耗甲醇的物質(zhì)的量；

（3）根據(jù)（2）中生成氫氧化鈉的物質(zhì)的量計(jì)算通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下89.6mL的CO2氣體后溶質(zhì)的物質(zhì)的量，再判斷離子濃度。

(1)①由圖示可知甲醇的濃度在10min內(nèi)增加0.75mol·L-1，所以氫氣濃度減少3×0.75mol·L-1，10min內(nèi)氫氣的平均反應(yīng)速率為0.225mol·L-1·min-1；在一恒溫恒容密閉容器中充入1molCO2，起始時CO2的濃度是1mol·L-1，可知容器的體積是1L，則

K=；

向該密閉容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g)，此時反應(yīng)的濃度商=，平衡正向移動；

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；

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

(2)正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣得電子結(jié)合氫離子生成水，電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+=2H2O；電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉，電解一段時間后pH=12，mol/L，n(OH-)=10-2 mol/L×0.6L=0.006mol，根據(jù)陰極反應(yīng)，所以轉(zhuǎn)移電子0.006mol，每消耗1mol甲醇轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為6mol，利用得失電子守恒，可知消耗甲醇的物質(zhì)的量為0.001mol。

(3)根據(jù)(2)，電解過程中U形管中生成氫氧化鈉的物質(zhì)的量是0.006mol，通入0.0896L÷22.4L/mol＝0.004molCO2后，得到等濃度的Na2CO3和NaHCO3的混合溶液，所以溶液呈堿性；的水解程度大于的水解程度，所以溶液中各離子濃度的大小關(guān)系為c(Na+)＞c()＞c()＞c(OH-)>＞(H+)。