Question

8．甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，請回答下列問題：
（1）一定溫度下，在一恒容的密閉容器中，由CO和H₂合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
①下列情形不能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是C（填序號）．
A．每消耗1mol CO的同時生成2molH₂
B．混合氣體總物質(zhì)的量不變
C．生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
②CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示．

B、C兩點的平衡常數(shù)K（B）＞K（C）（填“＞”、“=”或“＜”）．
③某溫度下，將2.0mol CO和6.0molH₂充入2L的密閉容器中，達(dá)到平衡時測得c（CO）=0.25mol/L，CO的轉(zhuǎn)化率=75%，此溫度下的平衡常數(shù)K=1.3．（保留二位有效數(shù)字）．
（2）常溫下，將V mL、0.20mol/L氫氧化鈉溶液逐滴加入到20.00mL、0.20mol/L甲酸溶液中，充分反應(yīng)，溶液pH=7，此時V＜20.00（填“＞”、“=”或“＜”）；當(dāng)氫氧化鈉溶液與甲酸溶液恰好完全反應(yīng)時，溶液中所含離子濃度由大到小順序c（Na⁺）＞c（HCOO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
（3）溫度650℃的熔融鹽燃料電池，用（CO、H₂）作反應(yīng)物，空氣與CO₂的混合氣體為正極反應(yīng)物，鎳作電極，用Li₂CO₃和Na₂CO₃混合物作電解質(zhì)．該電池的正極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．
（4）己知：CH₃OH、H₂的燃燒熱（△H）分別為-726.5kJ/mol、-285.8kJ/mol，則常溫下CO₂和H₂反應(yīng)生成CH₃OH和H₂O的熱化學(xué)方程式是CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）①可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡；
②由圖可知，B、C處于等壓線上，隨溫度升高CO轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡逆向移動；
③某溫度下，將2.0mol CO和6.0molH₂充入2L的密閉容器中，達(dá)到平衡時測得c（CO）=0.25mol/L，則：
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始濃度（mol/L）：1      3         0
變化濃度（mol/L）：0.75   1.5      0.75
平衡濃度（mol/L）：0.25   1.5      0.75
CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{CO濃度變化量}{CO起始濃度}$×100%，平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（2）HCOOH是弱電解質(zhì)，NaOH是強電解質(zhì)，若二者恰好完全反應(yīng)生成HCOONa，溶液呈堿性，現(xiàn)在溶液呈中性，故HCOOH應(yīng)有剩余；
恰好完全反應(yīng)生成HCOONa，溶液中HCOO^-水解，溶液呈堿性；
（3）原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，與二氧化碳結(jié)合生成碳酸根離子；
（4）CH₃OH、H₂的燃燒熱（△H）分別為-726.5kJ/mol、-285.8kJ/mol，可得熱化學(xué)方程式：
①CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1，
由蓋斯定律可知，3×②-①可得：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）．

解答 解：（1）①A．每消耗1molCO的同時生成2molH₂，生成2molH₂的同時可以生成1molCO，CO的消耗速率與生成速率相等，反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，故A正確；
B．該反應(yīng)是一個前后氣體物質(zhì)的量變化的反應(yīng)，當(dāng)混合氣體總物質(zhì)的量不變，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故B正確；
C．生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等，均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進(jìn)行，故C錯誤；
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，說明到達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)，故D正確，
故選：C；
②由圖可知，B、C處于等壓線上，隨溫度升高CO轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡逆向移動，所以平衡常數(shù)減小，所以K（B）＞K（C），故答案為：＞；
③某溫度下，將2.0mol CO和6.0molH₂充入2L的密閉容器中，達(dá)到平衡時測得c（CO）=0.25mol/L，則：
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始濃度（mol/L）：1       3         0
變化濃度（mol/L）：0.75    1.5      0.75
平衡濃度（mol/L）：0.25    1.5       0.75
CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}$×100%=75%，平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75}{0.25×1．{5}^{2}}$≈1.3，
故答案為：75%；1.3；
（2）CH₃COOH是弱電解質(zhì)，NaOH是強電解質(zhì)，反應(yīng)生成的甲酸鈉是強堿弱酸鹽，水解呈堿性，反應(yīng)后溶液呈中性pH=7，故HCOOH應(yīng)有剩余，由于二者濃度相等且按物質(zhì)的量1：1反應(yīng)，故V＜20.00mL；
恰好完全反應(yīng)生成HCOONa，溶液中HCOO^-水解，溶液呈堿性，甲酸根離濃度減小，溶液中離子濃度大小關(guān)系為：c（Na⁺）＞c（HCOO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案為：＜；c（Na⁺）＞c（HCOO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（3）原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，與二氧化碳結(jié)合生成碳酸根離子，正極電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，
故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（4）CH₃OH、H₂的燃燒熱（△H）分別為-726.5kJ/mol、-285.8kJ/mol，可得熱化學(xué)方程式：
①CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1，
由蓋斯定律可知，3×②-①可得：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ/mol．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡常數(shù)、離子濃度大小比較、電極方程式的書寫、熱化學(xué)方程式的書寫等，題目涉及的知識點較多，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．