Question

5．運用化學反應原理研究碳、氮、硫等單質及其化合物的反應有重要的意義．
（1）CO₂為碳源制取低碳有機物成為國際研究焦點，下面為CO₂加氫制取乙醇的反應：
2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=QkJ/mol　（Q＞0）
在密閉容器中，按CO₂與H₂的物質的量之比為1：3進行投料，在5MPa下測得不同溫度下平衡體系中各種物質的體積分數（y%）如圖1所示．

完成下列填空：
①圖中曲線a表示的是H₂O的體積分數．
②圖中曲線a和c的交點R對應物質的體積分數y_R=37.5%．
（2）25° C，H₂SO₃和H₂CO₃兩種酸的電離平衡常數如表．

	K1	K2
H2SO3	1.3×10-2	6.3×10-8
H2CO3	4.4×10-7	4.7×10-11

將足量的NaHSO溶液加人到Na₂CO₃溶液中，反應的離子方程式為CO₃^2-+HSO₃^-=HCO₃^-+SO₃^2-
（3）工業上用可溶性碳酸鹽提取鍶時，先將SrSO₄轉化為難溶弱酸鹽，再處理．
SrSO₄?Sr²⁺（aq）+SO${\;}_{4}^{2-}$（aq）  K_sp=2.5×10^-7
SrCO₃?Sr²⁺（aq）+CO${\;}_{3}^{2-}$（aq）  K_sp=2.5×10^-9
則SrSO₄轉化為SrCO₃反應的平衡常數值為100
（4）圖2是一種三室微生物燃料電池污水凈化系統原理示意圖，同時處理有機廢水和硝酸鹽廢水，并獲得淡水，圖中有機廢水中有機物可用C₆H₁₀O₅表示．
①產生N₂的電極為電池的正極（填“正”或“負”）．
②生成X（氣體）的電極上發生的電極反應式為C₆H₁₀O₅-24e^-+7H₂O═6CO₂↑+24H⁺．

Answer 1

分析 （1）①該反應為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡時CO₂與H₂的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O的含量增大．開始CO₂ 與H₂ 的物質的量之比1：3進行，平衡時H₂的含量是CO₂的含量三倍；CH₃CH₂OH與H₂O按1：3生成，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
②R點為a和c的交點，設此時a的H₂O體積為V，那么c的H₂體積也為V，根據方程式中的關系求出CO₂和CH₃CH₂OH的體積，再求體積分數y_R；
（2）H₂CO₃、HCO₃^-和HSO₃^-的電離平衡常數分別是：4.40×10^-7、4.7×10^-11、6.3×10^-8，所以酸性順序是：H₂CO₃＞HSO₃^-＞HCO₃^-，化學反應遵循強酸制弱酸的規律；
（3）SrSO₄轉化為SrCO₃可將兩個離子方程式相減可得到離子方程式SrSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?SrCO₃（s）+SO₄^2-（aq）判斷，以此計算；
（4）該原電池中，硝酸根離子得電子發生還原反應，則右邊裝置中電極b是正極，電極反應式為2NO₃^-+10e^-+12H⁺=N₂↑+6H₂O，左邊裝置電極a是負極，負極上有機物失電子發生氧化反應，有機物在厭氧菌作用下生成二氧化碳，電極反應式為C₆H₁₀O₅-24e^-+7H₂O═6CO₂↑+24H⁺．

解答 解：（1）①該反應為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡時CO₂與H₂的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O的含量增大．開始CO₂ 與H₂ 的物質的量之比1：3進行，平衡時H₂的含量是CO₂的含量三倍；CH₃CH₂OH與H₂O按1：3生成，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
曲線a、曲線b隨溫度升高含量增大，且曲線a的含量高，所以曲線a表示H₂O、曲線b表示CH₃CH₂OH；
曲線c、曲線d隨溫度升高含量減小，且曲線c的含量高，所以曲線c表示H₂、曲線d表示CO₂．
故答案為：H₂O；
②2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）；
R點為a和c的交點，設此時a的H₂O體積為6V，那么c的H₂體積也為6V，根據方程式可知CO₂為$\frac{6V}{6}$=2V，C₂H₅OH為$\frac{6V}{3}$=2V，
所以R點對應的體積分數y_R=$\frac{6V}{6V+6V+2V+2V}$×100%=37.5%，
故答案為：37.5%；
（2）化學反應遵循強酸制弱酸的規律，酸性：HSO₃^-＞HCO₃^-，向Na₂CO₃溶液中加入足量NaHSO₃溶液，反應的離子方程式為CO₃^2-+HSO₃^-=HCO₃^-+SO₃^2-，故答案為：CO₃^2-+HSO₃^-=HCO₃^-+SO₃^2-；
（3）依據物質Ksp大小可知，SrSO₄轉化成SrCO₃的溶解性不同，反應向更難溶的方向進行，依據沉淀轉化寫出離子方程式為：SrSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?SrCO₃（s）+SO₄^2-（aq），該反應為SrSO₄（s）?Sr²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）K_sp=2.5×10^-7，①SrCO₃（s）?Sr²⁺（aq）+CO₃^2-（aq）②，該反應為①-②得到，故平衡常數為：$\frac{2.5×1{0}^{-7}}{2.5×1{0}^{-9}}$=100，
故答案為：100；
（4）①該原電池中，硝酸根離子得電子發生還原反應，電極反應式為2NO₃^-+10e^-+12H⁺=N₂↑+6H₂O，則右邊裝置中電極b是正極，故答案為：正；
②左邊裝置電極a是負極，負極上有機物失電子發生氧化反應，有機物在厭氧菌作用下生成二氧化碳，電極反應式為C₆H₁₀O₅-24e^-+7H₂O═6CO₂↑+24H⁺，故答案為：C₆H₁₀O₅-24e^-+7H₂O═6CO₂↑+24H⁺．

點評 本題考查較為綜合，涉及平衡常數、難溶電解質的溶解平衡等相關知識，題目難度中等，試題有利于培養學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力，注意相關基礎知識的積累．