Question

1．“低碳生活”不只是一種理想，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^-1；
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(zhì)，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(gòu)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(chǎn)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(fā)生的反應是：2H⁺+2e^-=H₂↑
（3）在一定溫度下，氧化鐵可以與一氧化碳發(fā)生反應：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）．已知該反應在不同溫度下的平衡常數(shù)如表：

溫度/℃	1000	1150	1300
平衡常數(shù)	64.0	50.7	42.9

①該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一個容積為10L的密閉容器中，1 000℃時加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反應經(jīng)過10min后達到平衡．求該時間范圍內(nèi)反應的平均反應速率v（CO₂）=0.006mol•L^-1，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為60%．
③欲提高②中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是C．
A．減少Fe的量 B．增加Fe₂O₃的量  C．移出部分CO₂  D．提高反應溫度 E．減小容器的容積  F．加入合適的催化劑
（4）將2.4g碳在足量氧氣中燃燒，所得氣體通入100mL 3.0mol/L的氫氧化鈉溶液中，完全吸收后，溶液中所含離子的物質(zhì)的量濃度由大到小的順序為c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；②根據(jù)氧化還原反應規(guī)律，CO與PdCl₂溶液反應，PdCl₂被還原成單質(zhì)，則CO被氧化成CO₂，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，有水參與反應同時生成氯化氫，據(jù)此寫出反應的化學方程式即可；
（2）①根據(jù)C₃H₈和O₂構(gòu)成丙烷燃料電池的總反應：C₃H₈+5O₂+6OH^-=3CO₃^2-+7H₂O，正極發(fā)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(qū)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平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；圖表數(shù)據(jù)分析，隨溫度升高平衡常數(shù)減��；
②依據(jù)化學平衡三段式列式計算，令平衡時CO的物質(zhì)的量變化為nmol，利用三段式表示出平衡時CO、CO₂的物質(zhì)的量，化學計量數(shù)都是1，利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)計算n的值，進而計算CO的濃度變化量，反應速率v=$\frac{△c}{△t}$，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
③提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應使平衡向正反應移動，但不能增大CO的用量，結(jié)合選項根據(jù)平衡移動原理分析；
（4）2.4g碳是0.2mol，燃燒生成0.2molCO₂，與0.3molNaOH反應的化學方程式為：2CO₂+3NaOH=NaHCO₃+Na₂CO₃+H₂O，生成0.1molNa₂CO₃、0.1molNaHCO₃，在含等物質(zhì)的量的碳酸鈉、碳酸氫鈉的溶液中，碳酸根離子水解大于碳酸氫根離子的水解，水解使溶液顯堿性，以此來解答．

解答 解：（1）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
由蓋斯定律①-②×3得到：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(guī)律，CO與PdCl₂溶液反應，PdCl₂被還原成單質(zhì)，則CO被氧化成CO₂，根據(jù)質(zhì)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(gòu)成丙烷燃料電池的總反應：C₃H₈+5O₂+6OH^-=3CO₃^2-+7H₂O，正極發(fā)生還原反應，電極反應式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，負極發(fā)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(fā)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(fā)生還原反應，所以電解質(zhì)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因平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積除以反應物濃度冪之積，則K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，圖表數(shù)據(jù)分析，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，正反應是放熱反應，△H＜0；
故答案為：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，＜；
②在一個容積為10L的密閉容器中，1 000℃時加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，Q＜K=64，反應正向進行，反應經(jīng)過10min后達到平衡，
令平衡時CO的物質(zhì)的量變化為nmol，則：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?Fe（s）+3CO₂（g）
開始（mol）：1               1
變化（mol）：n               n
平衡（mol）：1-n            1+n
所以$\frac{（1+n）^{3}}{（1-n）^{3}}$=64，解得n=0.6mol，
所以n（CO）=$\frac{\frac{0..6mol}{10L}}{10min}$=0.006mol•L^-1•min^-1，
CO的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%，
故答案為：0.006 mol•L^-1•min^-1；60%；
③A．鐵是固體，減少Fe的量，不影響平衡移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故A錯誤；
B．氧化鐵是固體，增加Fe₂O₃的量，不影響平衡移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故B錯誤；
C．移出部分CO₂，平衡向正反應移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．該反應正反應是放熱反應，提高反應溫度，平衡向逆反應移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故D錯誤；
E．反應前后氣體的物質(zhì)的量不變，減小容器的容積，增大壓強平衡不移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故E錯誤；
F．加入合適的催化劑，平衡不移動，故F錯誤；
故選C；
（4）2.4g碳是0.2mol，燃燒生成0.2molCO₂，與0.3molNaOH反應的化學方程式為：2CO₂+3NaOH=NaHCO₃+Na₂CO₃+H₂O，生成0.1molNa₂CO₃、0.1molNaHCO₃，在含等物質(zhì)的量的碳酸鈉、碳酸氫鈉的溶液中，c（Na⁺）最大，碳酸根離子水解大于碳酸氫根離子的水解，則c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），水解使溶液顯堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），顯性離子大于隱性離子，所以c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），即離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點評 本題考查化學平衡的有關計算、化學反應速率計算、平衡常數(shù)等，難度中等，化學平衡移動原理分析判斷是關鍵，題目難度中等．