Question

10．碳及其含碳化合物在人們的生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛．
（1）將不同量的CO₂（g）和H₂（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g），得到如表三組數(shù)據(jù)；

實(shí)驗(yàn)組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需 時(shí)間/min
		CO2	H2	H2	C2H5OH
1	650	2	6.8	2.0	0.8	6
2	900	2	4.4	2.0	0.4	3
3	900	4	8.8	C	d	t

①實(shí)驗(yàn)1中以v（H₂）表示的反應(yīng)速率為0.4mol/（L．min）
②900℃化學(xué)平衡常數(shù)為0.12，第3組與第2組相比CO₂的轉(zhuǎn)化率增大（填“增大”“減小”“不變”不能確定）．
（2）將CH₄設(shè)計(jì)成燃料電池，其利用率更高，裝置示意如圖（A、B為多孔性碳棒）．持續(xù)通入甲烷，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，消耗甲烷體積VL．
①0＜V≤44.8L時(shí)，電池總反應(yīng)方程式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O
②44.8L＜V≤89.6L時(shí)，負(fù)極電極反應(yīng)為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-
③V=67.2L時(shí)，溶液中離子濃度大小關(guān)系為c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）①實(shí)驗(yàn)1中6min到達(dá)平衡，平衡時(shí)消耗氫氣為（6.8-2）mol=4.8mol，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂）；
②900℃平衡時(shí)氫氣為2mol、乙醇為0.4mol，則：
            2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）
起始量（mol）：2        4.4        0           0
變化量（mol）：0.8      2.4        0.4         1.2
平衡量（mol）：1.2      2          0.4         1.2
再根據(jù)K=$\frac{c（{C}_{2}{H}_{5}OH）×{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}）}$計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)；第3組等效為第2組平衡的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；
（2）①n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，該裝置是燃料電池，負(fù)極上甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)原子守恒得0＜n（CO₂）≤1mol，二氧化碳不足量，則反應(yīng)生成碳酸鉀；
②根據(jù)原子守恒得2mol＜n（CO₂）≤4mol，反應(yīng)生成碳酸氫鉀；
③當(dāng)V=33.6L時(shí)，n（CO₂）=1.5mol，設(shè)碳酸鉀的物質(zhì)的量為x、碳酸氫鉀的物質(zhì)的量為y，根據(jù)K原子、C原子守恒得$\left\{\begin{array}{l}{x+y=1.5}\\{2x+y=2}\end{array}\right.$，解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.5}\\{y=1}\end{array}\right.$，溶液中碳酸根、碳酸氫根離子水解，溶液呈堿性，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子．

解答 解：（1）①實(shí)驗(yàn)1中6min到達(dá)平衡，平衡時(shí)消耗氫氣為（6.8-2）mol=4.8mol，v（H₂）=$\frac{\frac{4.8mol}{2L}}{6min}$=0.4mol/（L．min），故答案為：0.4mol/（L．min）；
②900℃平衡時(shí)氫氣為2mol、乙醇為0.4mol，則：
           2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）
起始量（mol）：2        4.4        0           0
變化量（mol）：0.8      2.4        0.4         1.2
平衡量（mol）：1.2      2          0.4         1.2
900℃平衡常數(shù)K=$\frac{c（{C}_{2}{H}_{5}OH）×{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.2×0．{6}^{3}}{0．{6}^{2}×{1}^{6}}$=0.12；
第3組等效為第2組平衡的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：0.12；增大；
（2）①n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，該裝置是燃料電池，負(fù)極上甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)原子守恒得0＜n（CO₂）≤1mol，二氧化碳不足量，則反應(yīng)生成碳酸鉀，電池總反應(yīng)方程式為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，
故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②根據(jù)原子守恒得2mol＜n（CO₂）≤4mol，反應(yīng)生成碳酸氫鉀，負(fù)極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-，
故答案為：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-；
③當(dāng)V=33.6L時(shí)，n（CO₂）=1.5mol，設(shè)碳酸鉀的物質(zhì)的量為x、碳酸氫鉀的物質(zhì)的量為y，根據(jù)K原子、C原子守恒得$\left\{\begin{array}{l}{x+y=1.5}\\{2x+y=2}\end{array}\right.$，解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.5}\\{y=1}\end{array}\right.$，溶液中碳酸根、碳酸氫根離子水解，溶液呈堿性，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子，所以溶液中離子濃度大小順序?yàn)椋篶（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響元素、原電池、離子濃度大小比較等，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，難度中等．