Question

【题目】“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，引起了全世界的普遍重视。将CO2转化为甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。

（1）在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应。测得CO2(g)和CH3OH(g)浓度随时间变化如图所示。

①0～10 min内，氢气的平均反应速率为____________，第10 min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，则平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。

②若已知：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1；

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－b kJ·mol－1；

H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－c kJ·mol－1；

CH3OH(g)===CH3OH(l)　ΔH＝－d kJ·mol－1。

则表示CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为______________________________________。

（2）如图，25 ℃时以甲醇燃料电池(电解质溶液为稀硫酸)为电源来电解600 mL一定浓度的NaCl溶液，电池的正极反应式为_________________________________。

在电解一段时间后，NaCl溶液的 pH 变为12(假设电解前后NaCl溶液的体积不变)，则理论上消耗甲醇的物质的量为________mol。

（3）向（2）U形管内电解后的溶液（假设NaCl溶液完全被电解）中通入标准状况下89.6 mL 的CO2气体，则所得溶液呈________(填“酸”“碱”或“中”)性，溶液中各离子浓度由大到小的顺序为______________________________。

Answer 1

【答案】0.225 mol·L－1·min－1 正向 CH3OH(l)＋3/2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－(3b/2＋2c－a－d) kJ·mol－1 O2＋4e－＋4H＋===2H2O 0.001 碱 c(Na＋ ) > c(HCO3-) > c(CO32-) > c(OH－) > c(H＋)

【解析】

（1）①根据化学反应速率v=△c/△t计算，0～10min内，二氧化碳的平均反应速率，向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2，会使得压强增大；

②应用盖斯定律解析。

（2）在甲醇燃料电池中，在正极放电的为氧气，结合酸性的电解质溶液，即写出正极反应；NaCl溶液的pH值变为12，即可求出电解池中放电的H＋的物质的量为0.03mol，即电解池的阴极得0.03mol电子，根据流经四个电极的电量相等，从而得出消耗甲醇的量．

（3）通入 CO2 后，得到等浓度的 Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液，CO32－的水解程度大于 HCO3－ 的水解程度，所以 c(Na＋)>c( HCO3－ )>c(CO32－)>c(OH－)>c(H＋)。

（1）①根据化学反应速率v=△c/△t计算，0～10min内，二氧化碳的平均反应速率=（1.0mol·L－1-0.25mol·L－1）/10min=0.075mol/（L·min），所以氢气的反应速率是3×0.075mol/（L·min）=0.225mol/（L·min），向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2，会使得压强增大，所以再次达到平衡时CH3OH（g）的体积分数变大，平衡正向移动。

②已知：（A）CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1；

（B）2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－b kJ·mol－1；

（C）H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－c kJ·mol－1；

（D）CH3OH(g)===CH3OH(l)　ΔH＝－d kJ·mol－1。

根据盖斯定律：－(3B/2＋2C－A－D) ，则表示CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为CH3OH(l)＋3/2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－(3b/2＋2c－a－d) kJ·mol－1 。

（2）在甲醇燃料电池（电解质溶液为稀硫酸）中，正极发生还原反应，即O2放电，根据电解质溶液为酸性溶液，得出正极反应为：O2+4e－+4H＋=2H2O；

NaCl溶液的pH值变为12，即得出△n（OH－）=（10-2-10-7）×0.6L=0.006mol=△n（H＋），根据电解池中阴极的电极反应2H＋+2e－=H2↑可知电解池的阴极得0.006mol电子．而流经四个电极的电量相等，根据燃料电池的负极反应CH3OH-6e－+H2O=CO2+6H＋可知CH3OH～6e－，故失0.006mol电子时消耗0.001mol甲醇．

（3）标准状况下89.6 mL 的CO2气体的物质的量为：0.0896L/22.4L·mol－1=0.004mol,△n（OH－）=（10-2-10-7）×0.6L=0.006mol，通入 CO2 后，得到等浓度的 Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液，CO32－的水解程度大于 HCO3－ 的水解程度，所以 c(Na＋)>c( HCO3－ )>c(CO32－)>c(OH－)>c(H＋)。