Question

【題目】I．能源短缺是人類面臨的重大問(wèn)題。甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景。

(1)工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：

反應(yīng) I：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1

反應(yīng) II：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H2

下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)Ⅱ在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中數(shù)據(jù)判斷△H2____0（填“＞”、“＜”或“＝”）

②若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是____

A.升高溫度 B.將CH3OH(g)從體系中分離

C.使用合適的催化劑 D.充入He，使體系總壓強(qiáng)增大

E.按原比例再充入CO和H2

③某溫度下，將2molCO和6molH2充入2L的恒容密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c(CO) =0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為______，此時(shí)的溫度為___(從上表中選擇)；

④恒溫下，1 molCO和nmolH2在一個(gè)容積可變的密閉容器中反應(yīng)達(dá)到平衡后，生成 amolCH3OH。若起始時(shí)放入3molCO、3nmolH2，則達(dá)平衡時(shí)生成CH3OH_______mol。

II．25℃時(shí)，電離平衡常數(shù)：

化學(xué)式	CH3COOH	H2CO3	HClO
電離平衡常數(shù)	1.8×10-5	K1 4.3×10-7 K2 5.6×10-11	3.0×10-8

(1)下列四種離子結(jié)合質(zhì)子的能力由大到小的順序是__________；（填編號(hào)）

A．CO32- B．ClO- C．CH3COO- D．HCO3-

(2)下列反應(yīng)不能發(fā)生的是：________

A.CO32-+CH3COOH=CH3COO-+CO2↑+H2O

B.ClO-+CH3COOH=CH3COO－+HClO

C.CO32-+HClO=CO2↑ +H2O +ClO-

D.2ClO-+CO2+H2O=CO32-+2HClO

(3)用蒸餾水稀釋0.10 mol/L的醋酸，則下列各式表示的數(shù)值隨水量的增加而增大的是_____；

A. B. C. D.

(4)體積為10mLpH=2的醋酸溶液與一元酸HX分別加水稀釋至1000mL，稀釋過(guò)程 pH 變化如圖，則HX的電離平衡常數(shù)_______(填“大于”、“等于”或“小于”)醋酸的平衡常數(shù)，稀釋后，HX溶液中水電離出來(lái)的c(H＋)______醋酸溶液中水電離出來(lái)的 c(H＋)(填“大于”、“等于”或“小于”)

III．以CH3OH燃料電池為電源電解法制取ClO2。二氧化氯(ClO2)為一種黃綠色氣體，是國(guó)際上公認(rèn)的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑。

①CH3OH燃料電池放電過(guò)程中，通入O2的電極附近溶液的pH_____（填“增大”、“減小”或“不變”），負(fù)極反應(yīng)式為________。

②圖中電解池用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2。陽(yáng)極產(chǎn)生ClO2的反應(yīng)式為_________。

③電解一段時(shí)間，從陰極處收集到的氣體比陽(yáng)極處收集到氣體多6.72L時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)狀況，忽略生成的氣體溶解），停止電解，通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為_________mol。

④在陰極室中加入少量的NaOH的作用是__________。

Answer 1

【答案】< BE 80% 250℃ 3a A>B>D>C CD B 大于 大于 增大 CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O Cl--5e-+2H2O=ClO2+4H+ 1 增強(qiáng)水的導(dǎo)電能力

【解析】

I.(1)①依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化分析，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析熱量變化；

②根據(jù)影響物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的因素分析判斷；

③依據(jù)化學(xué)平衡的三段式列式計(jì)算，依據(jù)轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算判斷；

④在恒溫和容器的容積可變的密閉容器在發(fā)生該反應(yīng)，物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率不變。

II．(1)酸越弱，其相應(yīng)的酸根離子結(jié)合H+的能力就越強(qiáng)；

(2)強(qiáng)酸可以與弱酸的鹽發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生弱酸；

(3)醋酸是弱電解質(zhì)，加水稀釋醋酸，促進(jìn)醋酸電離，則n(CH3COO-)、n(H+)增大，n(CH3COOH)減小，但醋酸根離子、氫離子濃度增大的程度小于溶液體積增大的程度，所以c(CH3COO-)、c(H+)、c(CH3COOH)都減小，據(jù)此分析解答．

(4)由圖可知，稀釋相同的倍數(shù)，HX的pH變化程度大，則酸性HX強(qiáng)，電離平衡常數(shù)大；稀釋后，HX電離生成的c(H+)小，對(duì)水的電離抑制能力��；

III．①在CH3OH燃料電池中通入甲醇的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子；

②在電解時(shí)Cl-失去電子變?yōu)?/span>ClO2；

③已知從陰極處收集到的氣體比陽(yáng)極處收集到氣體多 6.72L，即x-x= ；通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為+1價(jià)離子，由電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算陽(yáng)離子的物質(zhì)的量；

④根據(jù)電解質(zhì)溶液在電解質(zhì)電離產(chǎn)生的離子自由移動(dòng)，可增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性分析。

(1)①依據(jù)表格數(shù)據(jù)可知：溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，說(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理：升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的方向移動(dòng)。逆反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以△H2<0；

②A.該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率降低，A不符合題意；

B.將CH3OH(g)從體系中分離，即減小生成物濃度，更多的反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲醇，甲醇的產(chǎn)率增大，B符合題意；

C.使用合適的催化劑對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)無(wú)影響，因此不能提高甲醇的產(chǎn)率，C不符合題意；

D.充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，由于任何一種反應(yīng)體系的物質(zhì)濃度不變，因此平衡不移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率不變，D不符合題意；

E.按原比例再充入CO和H2，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，可以得到更多的甲醇，甲醇的產(chǎn)率增大，E符合題意；

故合理選項(xiàng)是BE；

③按反應(yīng)Ⅰ充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c(CO)=0.2mol/L，物質(zhì)的量為0.4mol；

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)）

起始量(mol) 2 6 0

變化量(mol) 1.6 3.2 1.6

平衡量(mol) 0.4 2.8 1.6

CO的轉(zhuǎn)化率= ×100%=80%；

此時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K==2.041，可見(jiàn)對(duì)應(yīng)的溫度250℃；

④在恒溫和容器的容積可變的密閉容器在發(fā)生反應(yīng)CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，容器的容積與氣體的物質(zhì)的量呈正比，因此物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率不變，由于加入1 molCO和nmolH2反應(yīng)達(dá)到平衡后，生成amolCH3OH，則若起始時(shí)放入3molCO、3nmolH2，則達(dá)平衡時(shí)生成CH3OH的物質(zhì)的量為3amol；

II.(1)弱酸的電離平衡常數(shù)越大，相應(yīng)的酸的酸性就越強(qiáng)，其酸根離子結(jié)合H+的能力就越弱。根據(jù)酸電離平衡常數(shù)可知酸性：CH3COOH>H2CO3>HClO>HCO3-，所以結(jié)合H+的能力由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?/span>CO32->ClO->HCO3->CH3COO-，故合理選項(xiàng)是A>B>D>C；

(2)A.由于酸性：CH3COOH>H2CO3，所以可以發(fā)生反應(yīng)CO32-+CH3COOH=CH3COO-+CO2↑+H2O，A不符合題意；

B.由于酸性CH3COOH>HClO，因此可發(fā)生反應(yīng)ClO-+CH3COOH=CH3COO－+HClO，B不符合題意；

C.由于酸性H2CO3>HClO，所以CO32-+HClO=CO2↑ +H2O +ClO-不能發(fā)生，C符合題意；

D.由于酸性H2CO3>HClO>HCO3-，所以不能發(fā)生2ClO-+CO2+H2O=CO32-+2HClO反應(yīng)，D符合題意；

故合理選項(xiàng)是CD；

(3) A.加水稀釋醋酸促進(jìn)醋酸電離，n(H+)增大，n(CH3COOH)減小，所以的比值減小，A錯(cuò)誤；

B.加水稀釋醋酸促進(jìn)醋酸電離，n(CH3COO-)增大，n(CH3COOH)減小，則的比值增大，B正確；

C.加水稀釋促進(jìn)醋酸電離，但c(CH3COO-) 、c(H+)都減小，但由于溫度不變，所以水的離子積常數(shù)Kw不變，所以的比值減小，C錯(cuò)誤；

D.加水稀釋醋酸促進(jìn)醋酸電離，c(H+)減小，溫度不變，由于水的離子積常數(shù)Kw不變，則溶液中c(OH-)增大，故的比值減小，D錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是B；

(4)由圖可知，兩種溶液開(kāi)始時(shí)pH相同，即c(H+)相同，稀釋相同的倍數(shù)，HX的pH變化程度大，說(shuō)明酸性HX強(qiáng)，酸的酸性越強(qiáng)，其電離平衡常數(shù)大；當(dāng)酸稀釋后，HX電離生成的c(H+)小，對(duì)水的電離平衡的抑制能力小，因此HX溶液中水電離出來(lái)的c(H+)大；

III.①CH3OH燃料電池中通入甲醇的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-，溶液中c(OH-)增大，因此通入O2的電極附近溶液的pH增大；通入CH3OH的電極為負(fù)極，甲醇失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，由于溶液為堿性，所以甲醇失去電子后產(chǎn)生的CO2會(huì)轉(zhuǎn)化為CO32-，因此負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

②用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2。在陽(yáng)極Cl-失去電子，被氧化產(chǎn)生ClO2，根據(jù)元素守恒可知由水參加反應(yīng)，同時(shí)生成H+，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Cl--5e-+2H2O=ClO2+4H+；

③已知從陰極處收集到的氣體比陽(yáng)極處收集到氣體多 6.72L，假設(shè)反應(yīng)生成的氫氣的物質(zhì)的量為xmol，即x-x=，解得x=0.5mol；故交換膜的陽(yáng)離子的物質(zhì)的量為0.5mol×2=1mol；

④根據(jù)電解質(zhì)溶液在電解質(zhì)電離產(chǎn)生的離子自由移動(dòng)，可增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性可知向在陰極室中加入少量的NaOH的作用是增大附近溶液中離子的濃度，增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電能力。