Question

“低碳循环”已引起各国家的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量和有效地开发利用CO₂正成为化学家研究的主要课题．
（1）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：

 

．
（2）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/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实验2条件下平衡常数K=

 

．
②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则

a

b

的值

 

（填具体值或取值范围）．
③实验4，若900℃时，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均为1mol，则此时v_正

 

v_逆（填“＜”，“＞”，“=”）．
（3）已知草酸是一种二元弱酸，草酸氢钠（NaHC₂O₄）溶液显酸性．常温下，向10mL 0.01mol?L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol?L^-1NaOH溶液时，比较溶液中各种离子浓度的大小关系

 

．
（4）寻找新能源是解决温室效应的一条重要思路，海水中锂元素储量非常丰富，从海水中提取锂的研究极具潜力．锂是制造化学电源的重要原料，如LiFePO₄电池某电极的工作原理如图所示：
该电池电解质为能传导 Li⁺的固体材料．放电时该电极是电池的

 

极（填“正”或“负”），电极反应式为

 

．
（5）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mol/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为

 

mol/L．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,弱电解质在水溶液中的电离平衡,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）①依据平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算反应的平衡常数值；
②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，一氧化碳和水蒸气的消耗量相同，所以起始量水蒸气的浓度应大于一氧化碳；
③依据计算浓度商和平衡常数比较分析判断反应进行的方向；
（3）常温下，向10mL 0.01mol?L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol?L^-1NaOH溶液反应得到的溶液中溶质为NaHC₂O₄，溶液显酸性，据此比较离子浓度大小；
（4）放电为原电池反应，失电子的物质在负极发生氧化反应；
（5））Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=5×10^-5mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答： 解：（1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
由盖斯定律[①-②+③×4]÷2得到甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol；
（2）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L）    1        0.5        0      0
变化量（mol/L）   0.2       0.2       0.2    0.2
平衡量（mol/L）   0.8       0.3       0.2    0.2                
K=

0.2×0.2

0.8×0.3

=

1

6

故答案为：

1

6

或0.17； 
 ②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，一氧化碳和水蒸气的消耗量相同，所以起始量水蒸气的浓度应大于一氧化碳，

a

b

＜1，
故答案为：＜1； 
 ③实验4，若900℃时，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均为1mol，浓度商=

1 2 × 1 2

1 2 × 1 2

=1＞0.17，平衡逆向进行，则V_正＜V_逆，
故答案为：＜；
（3）常温下，向10mL 0.01mol?L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol?L^-1NaOH溶液反应得到的溶液中溶质为NaHC₂O₄，溶液显酸性，溶液中离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-），
故答案为：c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）；   
（4）该电池电解质为能传导 Li⁺的固体材料，LiFePO₄电池某电极的工作原理分析图示可知，铁元素化合价从+3价变化为+2价，得到电子发生还原反应，是原电池的正极反应，电极反应为FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄，
故答案为：正；FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄；
（5）Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×1×10^-4mol/L=5×10^-5mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

5×10-5

mol/L=5.6×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为2×5.6×10^-5mol/L=1.12×10^-4mol/L；
故答案为：1.12×10^-4mo1/L．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用，化学平衡影响因素，平衡常数计算分析应用，电解质溶液中离子浓度比较的方法，原电池电极反应是解题关键，题目难度中等．