Question

6．“一碳化學(xué)”是以只含有一個碳原子的化合物（如CO₂、CO等）為原料合成一系列化工原料和燃料，可以有效地解決能源短缺問題．
（1）二甲醚是無色氣體，可做新型能源，工業(yè)上可用CO₂和H₂反應(yīng)合成．
①已知H₂和CH₂OCH₃的燃燒熱分別為285.8kJ/mol和1455.0kJ/mol，且H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol，寫出CO₂和H₂反應(yīng)生成二甲醚和水蒸氣的熱化學(xué)方程式6H₂（g）+2CO₂（g）=CH₃OCH₃（l）+3H₂O（g）△H=-127.8kJ/mol．
②在恒溫恒容密閉容器中發(fā)生上述合成二甲醚反應(yīng)，下列敘述能判斷該反應(yīng)已達(dá)到平衡的依據(jù)有ad．
a．氣體的平均分子質(zhì)量不變   b．氣體密度不變
c．反應(yīng)前n（CO₂）=1 mol、n（H₂）=3 mol，容器內(nèi)$\frac{n（CO_{2}）}{n（H_{2}）}$的比值不變
d．v_正（CO₂）=2v_逆（CH₃OCH₃）
（2）CO₂合成甲醇是碳減排的新方向，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ/mol，
①在T₁℃下，向3L容器中充入2 molCO₂和6 molH₂，測得平衡時容器內(nèi)壓強(qiáng)是起始壓強(qiáng)的$\frac{3}{4}$，則CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%；若在上述平衡體系中再充入1 molCO₂和1 mol H₂O（g），則此時v_正=v逆（填“＞”，“=”或“＜”）；已知在T₂℃下，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)為1，則T₁＞T₂（填“＞”，“=”或“＜”）．
②若既能提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，又能加快反應(yīng)速率的措施有c．
a．升高溫度
b．增大CO₂濃度
c．增大壓強(qiáng)
d．分離出甲醇
（3）草酸（乙二酸）在工業(yè)上是重要的還原劑和沉淀劑，可由CO生產(chǎn)．
①草酸電解還原法可制備乙醛酸（OHC-COOH），用惰性電極電解飽和草酸溶液的陰極電極反應(yīng)式為HOOC-COOH+2e^-+2H⁺=OHC-COOH+H₂O．
②已知某溫度下CaC₂O₄的K_sp=2.5×10^-9，將0.02 mol•L^-1澄清石灰水和0.01 mol•L^-1H₂C₂O₄溶液等體積混合，所得溶液中C₂O₄^2-的物質(zhì)的量濃度為2.5×10^-7mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）①燃燒熱是在101KP時，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，C元素要轉(zhuǎn)化為二氧化碳，H元素要轉(zhuǎn)化為液態(tài)水，已知H₂和CH₂OCH₃的燃燒熱分別為285.8kJ/mol和1455.0kJ/mol，且H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol，分別寫出熱化學(xué)方程式，然后根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減，反應(yīng)熱也處于相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加減，構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
②當(dāng)一個量在反應(yīng)未平衡的時候一直在變化，而后來不變了，則可以作為平衡的標(biāo)志，即變量不變分析；
（2）①結(jié)合化學(xué)平衡三行計算列式得到，氣體壓強(qiáng)之比一定條件下為氣體物質(zhì)的量之比，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，計算此溫度下平衡常數(shù)，若在上述平衡體系中再充入1 molCO₂和1 mol H₂O（g），計算難度商和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，已知在T₂℃下，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)為1，比較平衡常數(shù)判斷溫度高低；
②若既能提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行，又能加快反應(yīng)速率，結(jié)合影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素判斷；
（3）用惰性電極電解飽和草酸溶液，草酸在陰極放電，C由+3價降到+1價，得到2個電子，電極反應(yīng)式為HOOC-COOH+2e^-+2H⁺=OHC-COOH+H₂O；
（4）將0.02mol•L^-1澄清石灰水和0.01mol•L^-1H₂C₂O₄溶液等體積混合，c（Ca²⁺）=0.01mol•L^-1，根據(jù)CaC₂O₄的Ksp為2.5×10^-9，所得溶液中C₂O₄^2-的物質(zhì)的量濃度為$\frac{Ksp}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{2.5×1{0}^{-9}}{0.01}$=2.5×10^-7mol•L^-1．

解答 解：（1）①燃燒熱是在101KP時，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，C元素要轉(zhuǎn)化為二氧化碳，H元素要轉(zhuǎn)化為液態(tài)水．
已知H₂和CH₂OCH₃的燃燒熱分別為285.8kJ/mol和1455.0kJ/mol，且H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol，分別寫出熱化學(xué)方程式：
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol   I，
CH₃OCH₃（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455.0kJ/molⅡ，
H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ/molⅢ，
蓋斯定律計算得到CO₂和H₂反應(yīng)生成二甲醚和水蒸氣的熱化學(xué)方程式：6H₂（g）+2CO₂（g）=CH₃OCH₃（l）+3H₂O（g）△H=-127.8KJ/mol，
故答案為：6H₂（g）+2CO₂（g）=CH₃OCH₃（l）+3H₂O（g）△H=-127.8kJ/mol；
②對于反應(yīng)：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O （g）
a．此反應(yīng)全部是氣體參加和生成，故氣體的質(zhì)量一直不變，而正反應(yīng)方向是氣體的物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，故平衡之前，氣體平均相對分子質(zhì)量在變大，故當(dāng)不變時，能說明反應(yīng)達(dá)平衡，故a正確；
b．由于是恒容的容器，容器體積V一直不變，而此反應(yīng)全部是氣體參加和生成，故氣體的質(zhì)量一直不變，則氣體的密度無論反應(yīng)有沒有達(dá)到平衡都一直不變，故不能作為反應(yīng)達(dá)平衡的標(biāo)志，故b錯誤；
c．反應(yīng)前n（C0₂）=2mol，n（H₂）=6mol，而根據(jù)物質(zhì)的量的該變量等于計量數(shù)之比可知，△（C0₂）：△（H₂）=2：6，故無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡，n（C0₂）：n（H₂）恒等于2：6即1：3，故當(dāng)比值不變時，不能說明反應(yīng)達(dá)平衡，故c錯誤；
d．速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，v_正（CO₂）=2v_逆（CH₃OCH₃）說明二甲醚正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡，故d正確；
故選ad，
故答案為：ad；
（2）①在T₁℃下，向3L容器中充入2 molCO₂和6 molH₂，設(shè)消耗二氧化碳物質(zhì)的量為x，
                        CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）   2               6                 0                  0
變化量（mol）  x             3x                  x                  x
平衡量（mol）2-x           6-3x                x                 x
測得平衡時容器內(nèi)壓強(qiáng)是起始壓強(qiáng)的$\frac{3}{4}$，
$\frac{2-x+6-3x+x+x}{2+6}$=$\frac{3}{4}$
x=1
則CO₂的轉(zhuǎn)化率=$\frac{1}{2}$×100%=50%，
平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{1}{3}×\frac{1}{3}}{\frac{1}{3}×（\frac{3}{3}）^{3}}$=$\frac{1}{3}$，
若在上述平衡體系中再充入1 molCO₂和1 mol H₂O（g），此時濃度商Qc=$\frac{\frac{2}{3}×\frac{1}{3}}{\frac{2}{3}×（\frac{3}{3}）^{3}}$=$\frac{1}{3}$=K，則此時v_正=v逆，
已知在T₂℃下，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)為1，平衡常數(shù)隨溫度升高逆向進(jìn)行則T₁＞T₂，
故答案為：50%；=；＞；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ/mol，
a．升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡逆向進(jìn)行，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，故a錯誤；
b．增大CO₂濃度，反應(yīng)速率增大，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，故b錯誤；
c．增大壓強(qiáng)反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故c正確；
d．分離出甲醇，反應(yīng)速率減小，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故d錯誤；
故答案為：c；
（3）用惰性電極電解飽和草酸溶液，草酸在陰極放電，C由+3價降到+1價，得到2個電子，電極反應(yīng)式為HOOC-COOH+2e^-+2H⁺=OHC-COOH+H₂O；
故答案為：HOOC-COOH+2e^-+2H⁺=OHC-COOH+H₂O；
（4）將0.02mol•L^-1澄清石灰水和0.01mol•L^-1H₂C₂O₄溶液等體積混合，c（Ca²⁺）=0.01mol•L^-1，根據(jù)CaC₂O₄的Ksp為2.5×10^-9，所得溶液中C₂O₄^2-的物質(zhì)的量濃度為$\frac{Ksp}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{2.5×1{0}^{-9}}{0.01}$=2.5×10^-7mol•L^-1．
故答案為：2.5×10^-7mol•L^-1；

點評 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、反應(yīng)達(dá)平衡的判斷以及平衡常數(shù)的有關(guān)計算等問題，綜合性較強(qiáng)，是高考的常見題型，題目難度中等．