Question

6．CO₂的轉(zhuǎn)換在生產(chǎn)、生活中具有重要的應(yīng)用．
（1）CO₂的低碳轉(zhuǎn)型對(duì)抵御氣候變化具有重要意義，海洋是地球上碳元素最大的“吸收池”．
①溶于海水中的CO₂主要以四種無機(jī)碳形式存在，除CO₂、H₂CO₃兩種分子外，還有兩種離子的化學(xué)式為HCO₃^-、CO₃^2-．
②在海洋碳循環(huán)中，可通過圖1所示的途徑固碳．寫出鈣化作用的離子方程式：Ca²⁺+2HCO₃^-═CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（2）將CO₂與金屬鈉組合設(shè)計(jì)成Na-CO₂電池，很容易實(shí)現(xiàn)可逆的充、放電反應(yīng)，該電池反應(yīng)為4Na+3CO₂ $?_{放電}^{放電}$2Na₂CO₃+C．放電時(shí)，在正極得電子的物質(zhì)為CO₂；充電時(shí)，陽(yáng)極的反應(yīng)式為C-4e^-+2CO₃^2-═3CO₂．
（3）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂和H₂在230℃并有催化劑條件下轉(zhuǎn)化生成甲醇蒸汽和水蒸氣．圖2表示恒壓容器中0.5molCO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)的能量變化示意圖．能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)B、D（填字母）．

A．容器中壓強(qiáng)不變         B．H₂的體積分?jǐn)?shù)不變
C．c（H₂=3c（CH₃OH）        D．容器中密度不變
E．2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H-H斷裂
（4）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（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
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實(shí)驗(yàn)2條件下平衡常數(shù)K=$\frac{1}{6}$．
②實(shí)驗(yàn)3中，若平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a/b的值＜1    （填具體值或取值范圍）．
③實(shí)驗(yàn)4，若900℃時(shí)，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol，則此時(shí)v（正＜v（逆）（填“＜”、“＞”或“=“）．
（5）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（I）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（I）△H=-44.0kJ•mol^-1
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）①溶于海水中的CO₂主要以四種無機(jī)碳形式存在，除CO₂、H₂CO₃兩種分子外，還有兩種離子，分別為CO₃^2-和HCO₃^-；
②根據(jù)圖1的轉(zhuǎn)化方式分析，鈣化作用過程中，HCO₃^-通過鈣化作用生成CaCO₃，可知Ca²⁺與HCO₃^-在此反應(yīng)中生成CaCO₃，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（2）電池反應(yīng)為：4Na+3CO₂ $?_{放電}^{放電}$2Na₂CO₃+C，放電池，為原電池反應(yīng)，原電池中正極物質(zhì)得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此判斷，充電時(shí)，為電解池反應(yīng)，陽(yáng)極為物質(zhì)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合總反應(yīng)式分析，據(jù)此寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)方程式；
（3）CO₂和H₂在230℃并有催化劑條件下轉(zhuǎn)化生成甲醇蒸汽和水蒸氣，反應(yīng)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{230℃}$CH₃OH（g）+H₂O（g），反應(yīng)為氣體數(shù)減少的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，根據(jù)能量變化圖，反應(yīng)物能量高于生成物，則反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，據(jù)此逐項(xiàng)分析判斷化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志；
（4）①反應(yīng)為CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為K=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（{H}_{2}O）c（CO）}$，根據(jù)實(shí)驗(yàn)2的數(shù)據(jù)，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量濃度，代入平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算；
②實(shí)驗(yàn)3中，若平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，CO和水蒸氣是按1：1反應(yīng)進(jìn)行的，增大其中一種反應(yīng)物的量可以增大另一反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，據(jù)此分析；
③溫度不變，平衡常數(shù)不變，根據(jù)此時(shí)的反應(yīng)商J和平衡常數(shù)K的關(guān)系，判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向，分析化學(xué)反應(yīng)正逆速率的大小關(guān)系；
（5）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l），該反應(yīng)可由已知焓變的熱化學(xué)方程式推導(dǎo)，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算該反應(yīng)的焓變．

解答 解：（1）①溶于海水中的CO₂主要以四種無機(jī)碳形式存在，除CO₂、H₂CO₃兩種分子外，還有兩種離子，分別為CO₃^2-和HCO₃^-，
故答案為：HCO₃^-；CO₃^2-；
②根據(jù)圖1的轉(zhuǎn)化方式分析，鈣化作用過程中，HCO₃^-通過鈣化作用生成CaCO₃，可知Ca²⁺與HCO₃^-在此反應(yīng)中生成CaCO₃，則反應(yīng)的離子方程式為：Ca²⁺+2HCO₃^-═CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O，
故答案為：Ca²⁺+2HCO₃^-═CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（2）電池反應(yīng)為：4Na+3CO₂ $?_{放電}^{放電}$2Na₂CO₃+C，放電池，為原電池反應(yīng)，原電池中正極物質(zhì)得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，則放電時(shí)，在正極得電子的物質(zhì)為CO₂，
充電時(shí)，為電解池反應(yīng)，陽(yáng)極為物質(zhì)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)方程式，應(yīng)為C失去電子，變成CO₂，則充電時(shí)，陽(yáng)極的反應(yīng)式為：C-4e^-+2CO₃^2-═3CO₂，
故答案為：CO₂；C-4e^-+2CO₃^2-═3CO₂；
（3）CO₂和H₂在230℃并有催化劑條件下轉(zhuǎn)化生成甲醇蒸汽和水蒸氣，反應(yīng)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{230℃}$CH₃OH（g）+H₂O（g），反應(yīng)為氣體數(shù)減少的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，根據(jù)能量變化圖，反應(yīng)物能量高于生成物，則反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，
A．反應(yīng)在恒壓裝置中反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)過程體系壓強(qiáng)一直不變，不能根據(jù)壓強(qiáng)判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡，故A不選；
B．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，各組分的體積分?jǐn)?shù)會(huì)改變，當(dāng)H₂的體積分?jǐn)?shù)不變時(shí)，可以判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡，故B選；
C．平衡時(shí)，不一定具有關(guān)系c（H₂）=3c（CH₃OH），需根據(jù)具體的反應(yīng)的初始的量來判斷，不可以判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡，故C不選；
D．容器中混合氣體的密度為$ρ=\frac{m}{V}$，反應(yīng)前后，根據(jù)質(zhì)量守恒，m不變，反應(yīng)為恒壓裝置，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體總體積會(huì)發(fā)生改變，當(dāng)氣體總體積不變，也就是密度不變時(shí)，可以判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡，故D選；
E.2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H-H斷裂表明反應(yīng)物CO₂和H₂均在參加反應(yīng)，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，不一定是化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，不可以判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡，故E不選，
故選BD；
（4））①反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為K=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（{H}_{2}O）c（CO）}$，根據(jù)實(shí)驗(yàn)2的數(shù)據(jù)，則平衡時(shí)，c（CO）=$\frac{1.6mol}{2L}$=0.8mol/L，c（H₂）=$\frac{0.4mol}{2L}$=0.2mol/L，c（H₂O）=$\frac{1mol-0.4mol}{2L}$=0.3mol/L，c（CO₂）=0.2mol/L，則反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=$\frac{0.2mol/L×0.2mol/L}{0.3mol/L×0.8mol/L}$=$\frac{1}{6}$，
故答案為：$\frac{1}{6}$；
②實(shí)驗(yàn)3中，若平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，CO和水蒸氣是按1：1反應(yīng)進(jìn)行的，增大其中一種反應(yīng)物的量可以增大另一反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，所以可判斷是增大了水蒸氣的量，則$\frac{a}$＜1，
故答案為：＜；
③溫度不變，平衡常數(shù)不變，根據(jù)實(shí)驗(yàn)2，900℃時(shí)，體系中平衡時(shí)各組分的濃度為：c（CO）=$\frac{1.6mol}{2L}$═0.8mol/L，c（H₂O）=$\frac{2mol-1.6mol}{2L}$=0.2mol/L，c（H₂）=$\frac{0.4mol}{2L}$=0.2mol/L，c（CO₂）=0.2mol/L，則反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為K=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（{H}_{2}O）c（CO）}$=$\frac{1}{4}$，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol，則起始濃度為：c（CO）=c（H₂O）=c（CO₂）=c（H₂）=0.5mol/L，反應(yīng)商為J=$\frac{0.5mol/L×0.5mol/L}{0.5mol/L×0.5mol/L}$=1＞K，則反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，v（正）＜v（逆），
故答案為：＜；
（5）已知：①2CH₃OH（I）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol，
                  ②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol，
                  ③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol，
甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l），該反應(yīng)可由$\frac{①-②}{2}+③×2$得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}+2△{H}_{3}$=-442.8kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題主要化學(xué)原理知識(shí)，包含離子方程式的書寫和配平，電極反應(yīng)式的書寫，原電池和電解池的原理，化學(xué)平衡的移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算和簡(jiǎn)單應(yīng)用，熱化學(xué)方程式的書寫和蓋斯定律的應(yīng)用，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，考查綜合能力，題目難度中等．