Question

15．碳和碳的化合物在生產、生活中的應用非常廣泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一種理想，更是一種值得期待的新的生活方式．
（1）將CO₂與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等．
①已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
則CO還原Fe₂O₃的熱化學方程式為Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol；
②氯化鈀（PdCl₂）溶液常被應用于檢測空氣中微量CO，PdCl₂被還原成單質，反應的化學方程式為PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（2）將兩個石墨電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入C₃H₈和O₂構成丙烷燃料電池．
①負極電極反應式是：C₃H₈+26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；
②某同學利用丙烷燃料電池設計了一種電解法制取Fe（OH）₂的實驗裝置（如圖所示），通電后，溶液中產生大量的白色沉淀，且較長時間不變色．下列說法中正確的是ABD（填序號）
A．電源中的a一定為正極，b一定為負極
B．可以用NaCl溶液作為電解液
C．A、B兩端都必須用鐵作電極
D．陰極發生的反應是：2H⁺+2e^-═H₂↑
（3）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	達到平衡所需時間/min
		H2O	CO	CO2
1	650	2	4	1.6	5
2	900	1	2	0.4	3
3	900	1	2	0.4	1

①該反應的正反應為放熱（填“吸”或“放”）熱反應；
②實驗2中，平衡常數K=$\frac{1}{6}$；
③實驗3跟實驗2相比，改變的條件可能是使用了催化劑或增大了壓強（答一種情況即可）

Answer 1

分析 （1）①依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式，①-②×3得到所需熱化學方程式；
②根據氧化還原反應規律，CO與PdCl₂溶液反應，PdCl₂被還原成單質，則CO被氧化成CO₂，根據質量守恒定律，有水參與反應同時生成氯化氫，據此寫出反應的化學方程式即可；
（2）①根據C₃H₈和O₂構成丙烷燃料電池的總反應：C₃H₈+5O₂+6OH^-=3CO₃^2-+7H₂O，正極發生還原反應，電極反應式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，而負極電極反應式=總反應方程式-正極的電極反應式來解答；
②A、B端析出氫氣可驅趕原溶液中溶解的少量氧氣；
B、電解液選用NaCl溶液不影響實驗，因為陽極是鐵失電子生成亞鐵離子，溶液中的陰離子不放電；
C、陽極應該用鐵電極，陰極用惰性電極亦可；
D、B電極反應是陰極氫離子放電生成氫氣；
（3）①比較第二組的第一組反應物的轉化率大小以及溫度對化學平衡和轉化率的影響來判斷；
②首先利用三段式計算出平衡時各物質的濃度，根據K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$計算；
③實驗3跟實驗2相比，溫度相同，濃度相同，但實驗3達到平衡所用時間少，反應速率更大，但平衡狀態沒有發生移動．

解答 解：（1）①．已知①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
依據蓋斯定律①-②×3得到熱化學方程式為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1；
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1；
②氧化還原反應規律，CO與PdCl₂溶液反應，PdCl₂被還原成單質，則CO被氧化成CO₂，根據質量守恒定律，有水參與反應同時生成氯化氫，反應的化學方程式為：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl，故答案為：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（2）C₃H₈和O₂構成丙烷燃料電池的總反應：C₃H₈+5O₂+6OH^-=3CO₃^2-+7H₂O，正極發生還原反應，電極反應式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，負極發生氧化反應，電極反應式為：C₃H₈ +26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；故答案為：C₃H₈ +26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；
②A、因為生成的氫氣將裝置中原有氧氣溢出，所以氫氣從B端陰極析出，A電極則是鐵做陽極失去電子生成亞鐵離子，電源中的a與A相連，則a為正極，b與B相連，則b為負極，故A正確；
B、電解池中陽極是鐵失去電子發生氧化反應生成亞鐵離子，陰極是溶液中的氫離子得電子發生還原反應，所以電解質溶液中的陰離子不會在陽極失電子，所以選用NaCl溶液不影響實驗，故B正確；
C、陽極應該用鐵電極，陰極可以是鐵也可以是其他惰性電極，故C錯誤；
D、陰極氫離子放電，其電極反應為2H⁺+2e^-=H₂↑，故D正確；
故選：ABD；
（3）①實驗1中CO的轉化率為$\frac{1.6mol}{4mol}$×100%=40%，實驗2中CO的轉化率為$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%，則實驗1的轉化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應方向移動，正反應放熱，故答案為：放熱；
②H₂O（g）+CO（g） CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L    2mol/L           0          0
轉化 0.4mol/L 0.4mol/l       0.4mol/l    0.4mol/l
平衡 0.6mol/L 1.6mol/L       0.4mol/l    0.4mol/l
根據K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{0.6×1.6}$=$\frac{1}{6}$，
故答案為：$\frac{1}{6}$；
③實驗3跟實驗2相比，溫度相同，濃度相同，但實驗3達到平衡所用時間少，反應速率更大，但平衡狀態沒有發生移動，應是使用了催化劑，又由于反應前后氣體體積不變，則增大了壓強，平衡也不移動，也可能為壓強的增大，
故答案為：使用了催化劑或增大了壓強．

點評 本題考查熱化學方程式、電極反應的書寫以及化學平衡的計算等，做題時注意把握影響平衡移動的因素以及平衡常數的有關計算，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力和計算能力．