Question

【題目】“低碳循環(huán)”引起各國(guó)的高度重視，而如何降低大氣中的含量及有效地開發(fā)利用，引起了全世界的普遍重視。將轉(zhuǎn)化為甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，此研究對(duì)的深度開發(fā)應(yīng)用和構(gòu)建生態(tài)文明社會(huì)具有重要的意義。

(1)在一恒溫恒容密閉容器中充入1 mol 和3 mol 進(jìn)行上述反應(yīng)。測(cè)得(g)和(g)濃度隨時(shí)間變化如圖所示。

①0—10 min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為____________，第10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入2 mol(g)和2mol (g)，則平衡______________(填“正向”“逆向”或“不”)移動(dòng)。

②一定溫度下，若此反應(yīng)在恒壓容器中進(jìn)行，能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是_______。

a.容器中壓強(qiáng)不變 b.的體積分?jǐn)?shù)不變 c.c()=3c()

d.容器中密度不變 e.2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)有3個(gè)H-H斷裂

(2)若已知：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)

則表示(l)燃燒熱的熱化學(xué)方程式為_______________________________。

(3)如圖，25℃時(shí)以甲醇燃料電池(電解質(zhì)溶液為稀硫酸)為電源電解600 mL 一定濃度的NaCl溶液。

①U形管內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為__________________________________。

②在電解一段時(shí)間后，NaCl溶液的pH變?yōu)?/span>12(假設(shè)電解前后NaCl溶液的體積不變)，則理論上消耗甲醇的物質(zhì)的量為____________mol。若向U形管內(nèi)電解后的溶液中通入氣體，使所得溶液c()：c()=2：1，則此時(shí)溶液中的c()= ________________。(室溫下，H2CO3的；)。

Answer 1

【答案】0.225 mol/(Lmin) 正向 bd 2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ 0.001

【解析】

(1)根據(jù)=，計(jì)算甲醇的反應(yīng)速率，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率，化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度冪之比與反應(yīng)物濃度冪之積的比進(jìn)而求得化學(xué)平衡常數(shù)，計(jì)算再充入2 mol(g)和2mol (g)的濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的量不變、物質(zhì)的量濃度不變、百分含量不變以及由此引起的一系列物理量不變，據(jù)此分析解答；

(2)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算寫出熱化學(xué)方程式；

(3)惰性電極電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，以此書寫化學(xué)方程式；NaCl溶液的pH值變?yōu)?/span>12，即可求出電解池中放電的H+的物質(zhì)的量為0.006mol，即電解池的陰極得0.006mol電子，根據(jù)流經(jīng)四個(gè)電極的電量相等，從而得出消耗甲醇的量；向U形管內(nèi)電解后的溶液中通入CO2氣體，CO2與NaOH反應(yīng)生成Na2CO3和NaHCO3，當(dāng)c(-)：c()=2：1時(shí)，Ka2==c(H+)，據(jù)此計(jì)算。

(1)圖象分析可以知道，甲醇變化濃度為0.75mol/L，甲醇的反應(yīng)速率(CH3OH)==0.075mol/(Lmin)，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，(H2)=3(CH3OH)=30.075mol/(Lmin)=0.225 mol/(Lmin)，結(jié)合化學(xué)三行計(jì)算得到，圖象分析可以知道體積為1L，
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始量（mol/L） 1 3 0 0
變化量（mol/L） 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量（mol/L） 0.25 0.75 0.75 0.75
該溫度下平衡常數(shù)K==5.3，
第10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入2 mol(g)和2mol (g)，
Qc==2.2<K=5.3，反應(yīng)正向進(jìn)行，
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，恒溫恒壓密閉容器中，該反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相同。
a.反應(yīng)為恒溫恒壓，壓強(qiáng)始終不變，所以容器中壓強(qiáng)不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；

b.的體積分?jǐn)?shù)不變，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，所以b選項(xiàng)是正確的；

c. 甲醇和氫氣濃度濃度和起始量變化量有關(guān)，c()=3c()不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；

d. 反應(yīng)前后氣體質(zhì)量相同，恒溫恒壓密閉容器中混合氣體的密度不變，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，所以d選項(xiàng)是正確的；

e.2個(gè)C=O斷裂的必然有3個(gè)H-H斷裂，二者都表示正反應(yīng)速率，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故e錯(cuò)誤。

因此，本題正確答案是：0.225 mol/(Lmin)，正向，bd；

(2)已知：① CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)

③H2O(g)= H2O(l)

④CH3OH(g)= CH3OH(l)

根據(jù)蓋斯定律②+③2-①-④得 ，

因此，本題正確答案是： ；

(3) ①用惰性電極電解氯化鈉溶液，化學(xué)反應(yīng)方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑；

NaCl溶液的pH值變?yōu)?/span>12，即得出n(OH-)=10-2mol/L0.6L=0.006mol，根據(jù)電解池中陰極的電極反應(yīng)2H++2e-=H2↑可以知道：電解池的陰極得0.006mol電子。而流經(jīng)四個(gè)電極的電量相等，根據(jù)燃料電池的負(fù)極反應(yīng)CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+可以知道CH3OH~6e-，故失0.006mol電子時(shí)消耗0.001mol甲醇。

向U形管內(nèi)電解后的溶液中通入CO2氣體，CO2與NaOH反應(yīng)生成Na2CO3和NaHCO3，當(dāng)c()：c()=2：1時(shí)，Ka2==c(H+)，則此時(shí)溶液中的c()= 2Ka2=2510-11=10-10。

因此，本題正確答案是：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑；0.001；10-10。