Question

碳和碳的化合物广泛的存在于我们的生活中．
（1）根据下列反应的能量变化示意图，2C（s）+O₂（g）?2CO（g）△H=

 

．

（2）在体积为2L的密闭容器中，充人1mol CO₂和3mol H，一定条件下发生反应：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜O，测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的物质的量随时间变化的曲线如图所示：

①从反应开始到平衡，H₂O的平均反应速率v（H₂O）=

 

．
②下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是

 

（填编号）．
A．升高温度         B．将CH₃OH（g）及时液化移出
C．选择高效催化剂    D．再充入1mol CO₂和4mol H₂
（3）CO₂溶于水生成碳酸．已知下列数据：

弱电解质	H2CO3	NH3．H2O
电离平衡常数（ 25℃）	Ka1=4.30×10-7  Ka2=5.61×10-11	Kb=1.77×10-5

现有常温下1mol?L^-1的（NH₄）₂CO₃溶液，已知：NH₄⁺水解的平衡常数K_h=

Kw

Kb

，CO₃^2-第一步水解的平衡常数K_h=

Kw

Ka2

．
①判断该溶液呈

 

（填“酸”、“中”、“碱”）性，写出该溶液中CO₃^2-发生第一步水解的离子方程式

 

．
②下列粒子之间的关系式，其中正确的是

 

．
A．c（NH₄⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（NH₃H₂O）
B．c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（HCO₃^-）+c（OH^-）+c（CO₃^2-）
C．c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）=1mol^-1
D．c（NH₄⁺）+c（NH₃H₂O）=2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
（4）据报道，科学家在实验室已研制出在燃料电池的反应容器中，利用特殊电极材料以CO和O₂为原料做成电池．原理如图所示：

通入CO的管口是

 

（填“c”或“d”），写出该电极的电极反应式：

 

．

Answer 1

考点：反应热和焓变,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,离子浓度大小的比较

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）先根据图象写出对应的化学方程式，然后根据盖斯定律来解答；
（2）①根据反应速率v=

△c

△t

计算v（CH₃OH），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂O）；
②根据平衡移动原理解答，改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动；
（3）①根据CO₃^2-第一步水解的平衡常数大于NH₄⁺水解的平衡常数可知溶液呈碱性；碳酸根离子分步水解，第一步水解水解生成氢氧根离子和碳酸氢根离子；
②根据电荷守恒、物料守恒和质子守恒分析；
（4）先根据原电池中阴离子流向负极，确定正负极，然后根据燃料电池中燃料作还原剂，在负极失去电子发生还原反应；

解答： 解：由左图得到：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5 kJ/mol ①
由右图得到：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H=+172.5 kJ/mol  ②
根据盖斯定律，由①+②得：2C（s）+O₂（g）?2CO（g）△H=-221.0kJ/mol；
故答案为：-221.0kJ/mol；
（2）①从反应开始到平衡，v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1，速率之比等于化学计量数之比，故v（H₂）=v（CH₃OH）=0.075mol?L^-1?min^-1；
故答案为：0.075mol?L^-1?min^-1；
②A．升高温度，平衡向吸热的方向移动，而该反应正反应放热，所以反应逆向移动，故A错误；
B．将CH₃OH（g）及时液化移出，生成物的浓度减少，平衡正向移动，故B正确；
C．选择高效催化剂，化学反应速率加快，但平衡不移动，故C错误；
D．再充入1mol CO₂和4mol H₂，反应物浓度增大，平衡正向移动，故D正确；
故选BD；
（3）①CO₃^2-第一步水解的平衡常数

KW

5.61×10 -11

大于NH₄⁺水解的平衡常数

KW

1.77×10 -5

大，可知溶液呈碱性；碳酸根离子分步水解，第一步水解水解生成氢氧根离子和碳酸氢根离子，其水解方程式为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；
故答案为：碱；CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；
②A．溶液中铵根离子浓度大于碳酸根离子浓度，碳酸根离子水解程度大于铵根离子水解程度，所以溶液中离子浓度大小为：c（NH₄⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（NH₃?H₂O），故A错误；
B．溶液中存在电荷守恒为：c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（HCO₃^-）+c（OH^-）+2c（CO₃^2-），故B错误；
C．依据溶液中物料守恒得到：c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=0.1mol?L^-1 ，故C正确；
D．依据溶液中物料守恒，n（N）：n（C）=2：1，结合溶液中离子种类和守恒关系得到：c（NH₄⁺）+c（NH₃?H₂O）=2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故D正确；
故答案为：CD；
（4）由图可知，氢氧根离子流向负极，则d为负极，e为正极，燃料电池中CO作还原剂，在负极发生反应，电极反应为：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O，所以通入CO的管口是d．
故答案为：d；CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O．

点评：本题较为综合，涉及盖斯定律运用、化学反应速率计算、化学平衡移动、离子浓度大小比较、原电池反应等知识，考查了学生分析问题、解决问题的能力．