Question

【题目】化学原理是中学化学学习的重要内容。请回答下列问题：

（1）①己知：CH4、H2的燃烧热（△H）分别为﹣890.3kJ/mol、﹣285.8kJ/mol，则CO2和H2反应生成CH4的热化学方程式是__________________________。

②有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是________，A是____。

（2）甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上可用合成气制备甲醇，反应为CO（g）+2H2（g）CH3OH（g），某温度下在容积为2L的密闭容器中进行该反应，其相关数据见图：

①从反应开始至平衡时，用CO表示化学反应速率为________，该温度下的平衡常数为__；

②5min至10min时速率变化的原因可能是__________________；

（3）①常温下，将V mL、0.1000mol/L氢氧化钠溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol/L醋酸溶液中，充分反应（忽略溶液体积的变化）；如果溶液pH=7，此时V的取值___20.00（填“＞”、“=”或“＜”），溶液中c（Na+）、c（CH3COO﹣）、c（H+）、c（OH﹣）的大小关系是_____________________；

②常温下，将a mol/L的醋酸与b mol/L的氢氧化钠溶液等体积混合，反应后，溶液呈中性，则醋酸的电离常数为_______（用含有a、b字母的代数式表示）。

Answer 1

【答案】CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（l）△H=﹣252.9 kJ/mol N2+8H++6e﹣=2NH4+ 氯化铵 0.03mol/（Lmin） 75/8 反应受热或使用了催化剂 ＜ c（Na+）=c（CH3COO﹣）＞c（H+）=c（OH﹣） 10—7b/(a-b)

【解析】

（1）①分别写出CH4、H2的燃烧热的热化学方程式，根据盖斯定律进行计算△H；

②电池中氢气失电子,在负极发生氧化反应,氮气得电子在正极发生还原反应,氨气与HCl反应生成氯化铵,则电解质溶液为氯化铵；

（2）①10min时反应到达平衡，平衡时CO为0.4mol、甲醇为0.6mol、氢气为0.8mol，根据v=c/t计算v(CO)，根据K=c(CH3OH)/c(CO)×c2(H2)计算平衡常数。

②反应物持续减小，生成物持续增多，速率加快，改变的条件可以是升温或加入催化剂；

（3）①溶液的酸碱性是根据溶液中氢离子浓度与氢氧根离子浓度的相对大小判断的,只要溶液中c（H+）=c（OH﹣），溶液就呈中性；醋酸是弱电解质，电离程度不大，NaOH是强电解质，完全电离，反应生成的乙酸钠是强碱弱酸盐水解呈碱性,如溶液呈中性,需少加碱；根据溶液呈中性c（H+）=c（OH﹣），并结合电荷守恒进行解答。

②呈中性则c（H+）=c（OH﹣）=10-7mol/L，c（Na+）=c（CH3COO﹣）=bmol/L，据此进行平衡常数的计算。

（1）①甲烷的燃烧热为890.3kJ/mol，热化学方程式①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.3 kJ/mol；H2的燃烧热为285.8kJ/mol，热化学方程式为②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)，△H=﹣285.8kJ/mol；根据盖斯定律可知：②×4-①可得：CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（l）△H=-285.8×4+890.3=﹣252.9 kJ/mol；所以CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（l）△H=﹣252.9 kJ/mol；综上所述，本题答案是：CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（l）△H=﹣252.9 kJ/mol。

②该电池的本质反应是合成氨反应,电池中氢气失电子,在负极发生氧化反应,氮气得电子在正极发生还原反应,则正极反应式为：N2+8H++6e﹣=2NH4+；氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵溶液；
因此，本题正确答案是: N2+8H++6e﹣=2NH4+；氯化铵。

(2)①10min时反应到达平衡,平衡时CO为0.4mol、甲醇为0.6mol、氢气为0.8mol,则v(CO)=(1-0.4)/(2×10)=0.03mol/（Lmin）；平衡常数K=c(CH3OH)/c(CO)×c2(H2)= (0.6/2)/[0.4/2×(0.8/2)2]=75/8；

因此，本题正确答案是：0.03mol/（Lmin）， 75/8。

②5min时刻瞬间各组分的物质的量未变，而后反应速率加快,反应物的量持续减小，生成物的量持续增大，可能是使用了催化剂或升高了温度；
因此，本题正确答案是: 反应受热或使用了催化剂。

（3）①醋酸是弱电解质，电离程度不大，NaOH是强电解质，完全电离,反应生成的乙酸钠是强碱弱酸盐，水解呈碱性，如果溶液呈中性pH=7，需少加碱，所以常温下, 将V mL、0.1000mol/L氢氧化钠溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol/L醋酸溶液中，充分反应，此时V的取值小于20.00 mL；溶液呈中性，c（H+）=c（OH﹣），根据电荷守恒：c(Na+)+ c(H+)= c(CH3COO－)+ c(OH－)，所以c（Na+）=c（CH3COO﹣）；由于溶液中的溶质为乙酸钠溶液，水的电离是微弱的,所以溶液中c（Na+）、c（CH3COO﹣）、c（H+）、c（OH﹣）的大小关系：c（Na+）=c（CH3COO﹣）＞c（H+）=c（OH﹣）；综上所述，本题答案是：＜，c（Na+）=c（CH3COO﹣）＞c（H+）=c（OH﹣）。

②反应后溶液呈中性则c（H+）=c（OH）=10-7mol/L，c（Na+）=c（CH3COO﹣）=bmol/L，则醋酸的电离常数为=c(H+)c(CH3COO-)/c(CH3COOH)=10-7×b/(a-b)= 10—7b/(a-b)；

综上所述，本题答案是：10—7b/(a-b)。