Question

20．隨著人類(lèi)對(duì)溫室效應(yīng)和資源短缺等問(wèn)題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開(kāi)發(fā)利用CO₂，引起了各國(guó)的普遍重視．

I．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇．為探究該反應(yīng)原理，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3.25mol H₂，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)定CO₂、CH₃OH（g）和H₂O（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖1所示：
（1）從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）
（2）該條件下CO₂的轉(zhuǎn)化率為75%．
（3）下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是C．
A．升高溫度B．恒容時(shí)充入氮?dú)?br />C．將水蒸氣從體系中分離D．用更有效的催化劑．
Ⅱ．如圖2是一個(gè)乙醇燃料電池工作時(shí)的示意圖，乙池中的兩個(gè)電極一個(gè)是石墨電極，一個(gè)是鐵電極，工作時(shí)M、N兩個(gè)電極的質(zhì)量都不減少，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：[Ag：108]
（1）M極的電極材料為Fe．
（2）加入乙醇的鉑電極的電極反應(yīng)式為C₂H₅OH-12e+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O
（3）在此過(guò)程中乙池中某一電極析出金屬銀4.32g時(shí)，此時(shí)乙池溶液的體積為400mL，則乙池中溶液的pH為1．
（4）若在常溫常壓下，1g C₂H₅OH燃燒生成CO₂和液態(tài)H₂O時(shí)放出29.71kJ熱量，表示該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.66kJ/mol．

Answer 1

分析 I．（1）由圖1可知，甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）；
（2）轉(zhuǎn)化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%；
（3）使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，改變條件使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但只增大二氧化碳的濃度會(huì)使該比值減小；
Ⅱ．（1）堿性乙醇電池為原電池，通入乙醇的電極是負(fù)極，通入氧氣的電極是正極，乙池有外接電源，屬于電解池，N與原電池正極相連，則N是陽(yáng)極，M與原電池負(fù)極相連，M為陰極，工作時(shí)M、N兩個(gè)電極的質(zhì)量都不減少，則Fe為陰極；
（2）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，乙醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水；
（3）乙池中陰極發(fā)生反應(yīng)：Ag⁺+e^-=Ag，陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)：2H₂O+4e^-=O₂↑+4H⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算n（H⁺），計(jì)算溶液中c（H⁺），再根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計(jì)算；
（4）計(jì)算1mol乙醇燃燒放出的熱量，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）由圖1可知，10min達(dá)平衡時(shí)甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min）；
故答案為：0.225；
（2）平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化量為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，故該條件下CO₂的轉(zhuǎn)化率為為$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}$×100%=75%，
故答案為：75%；
（3）使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，改變條件使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但只增大二氧化碳的濃度會(huì)使該比值減小
A．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故A錯(cuò)誤；
B．恒容時(shí)充入氮?dú)猓�反�?yīng)混合物的濃度不變，平衡不移動(dòng)，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故C正確；
D．加入更有效的催化劑，平衡不移動(dòng)，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故D錯(cuò)誤，
故選：C；
Ⅱ．（1）堿性乙醇電池為原電池，通入乙醇的電極是負(fù)極，通入氧氣的電極是正極，乙池有外接電源，屬于電解池，N與原電池正極相連，則N是陽(yáng)極，M與原電池負(fù)極相連，M為陰極，工作時(shí)M、N兩個(gè)電極的質(zhì)量都不減少，則Fe為陰極，
故答案為：Fe；
（2）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，乙醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，電極反應(yīng)式為：C₂H₅OH-12e+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：C₂H₅OH-12e+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（3）乙池中陰極發(fā)生反應(yīng)：Ag⁺+e^-=Ag，析出Ag的物質(zhì)的量為$\frac{4.32g}{108g/mol}$=0.04mol，陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)：2H₂O+4e^-=O₂↑+4H⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒n（H⁺）=0.04mol，則c（H⁺）=$\frac{0.04mol}{0.4L}$=0.1mol/L，溶液pH=-lg0.1=1，
故答案為：1；
（4）1g C₂H₅OH燃燒生成CO₂和液態(tài)H₂O時(shí)放出29.71kJ熱量，則1mol乙醇燃燒放出的熱量=29.71kJ×$\frac{1mol×46g/mol}{1g}$=1366.66kJ，故熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.66kJ/mol，
故答案為：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.66kJ/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、電化學(xué)、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)等，屬于拼合型題目，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．