Question

7．隨著人類對溫室效應和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發利用CO₂，引起了各國的普遍重視．目前工業上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇．為探究反應原理，現進行如下實驗，在體積為1L的密閉容器中，充入lmol CO₂和3mol H₂，一定條件下發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mo1．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．

（1）從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）
（2）該反應的平衡常數為5.33．
（3）下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CD．
A．升高溫度                 B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離     D．再充入lmol CO₂和3mol H₂
（4）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②H₂O（g）=H₂O（1）△H=-44.0kJ/mol
則甲醇的燃燒熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8KJ/mol；
（5）如果燃燒甲醇會造成大量化學能損失，如果以甲醇和空氣為原料，以氫氧化鈉為電解質溶液設計成原電池將有很多優點，請書寫出該電池的負極反應：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O
（6）常溫下，某水溶液M中存在的離子有：Na⁺、A^-、H⁺、OH^-．若該溶液M由 pH=3的HA溶液V₁mL與pH=11的NaOH溶液V₂mL混合反應而得，則下列說法中正確的是AD．
A．若溶液M呈中性，則溶液M中c（H⁺）+c（OH^-）=2×10^-7mol•L^-1
B．若V₁=V₂，則溶液M的pH一定等于7
C．若溶液M呈酸性，則V₁一定大于V₂
D．若溶液M呈堿性，則V₁一定小于V₂．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，開始到平衡時甲醇的濃度增加0.75mol/L，結合v=$\frac{△c}{△t}$及速率之比等于化學計量數之比計算；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
C始      1               3                0                 0
C變     0.75       2.25               0.75        0.75
C平     0.25      0.75                0.75          0.75
結合平衡濃度計算K；
（3）能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，可使平衡正向移動，但不能增加二氧化碳的量；
（4）①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②H₂O（g）=H₂O（1）△H=-44.0kJ/mol
由蓋斯定律可知，（①+②×4）×$\frac{1}{2}$得：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$ O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；
（5）以甲醇和空氣為原料，以氫氧化鈉為電解質溶液設計成原電池，負極上甲醇失去電子發生氧化反應生成碳酸根離子；
（6）A．若溶液M呈中性，則溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=1×10^-7mol•L^-1；
B．若V₁=V₂，HA為強酸時溶液M的pH等于7；
C．若溶液M呈酸性，等體積時HA過量；
D．若等體積時HA過量．

解答 解：（1）由圖可知，開始到平衡時甲醇的濃度增加0.75mol/L，v（H₂）=3 v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$×3=0.225mol/（L•min），
故答案為：0.225；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
C始      1               3                0                 0
C變     0.75       2.25               0.75        0.75
C平     0.25      0.75                0.75          0.75
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，
故答案為：5.33；
（3）A．升高溫度，平衡逆向移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故不選；               
B．恒容時充入He（g），使體系壓強增大，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故不選；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向移動，能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故選；     
D．再充入lmol CO₂和3mol H₂，壓強增大，平衡正向移動，能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故選；
故答案為：C D；
（4）①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②H₂O（g）=H₂O（1）△H=-44.0kJ/mol
由蓋斯定律可知，（①+②×4）×$\frac{1}{2}$得：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$ O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O（l），則△H=-725.8KJ/mol，
即甲醇的燃燒熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8KJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8KJ/mol；
（5）以甲醇和空氣為原料，氫氧化鈉為電解質溶液設計成原電池，負極上甲醇失去電子發生氧化反應生成碳酸根離子，負極反應為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（6）A．若溶液M呈中性，則溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=1×10^-7mol•L^-1，則c（H⁺）+c（OH^-）=2×10^-7mol•L^-1，故A正確；
B．若V₁=V₂，HA為強酸時溶液M的pH等于7，如HA為弱酸時，HA過量，pH＜7，故B錯誤；
C．若溶液M呈酸性，等體積時HA過量，或酸的體積大，則V₁≥V₂，故C錯誤；
D．若等體積時HA過量，則溶液M呈堿性，則V₁一定小于V₂，故D正確；
故答案為：AD．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，把握化學平衡三段法、平衡移動、電極反應、蓋斯定律應用、酸堿混合等為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，注意利用平衡濃度計算K，綜合性較強，題目難度中等．