Question

20．隨著人類對溫室效應和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了各國的普遍重視．

I．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇．為探究該反應原理，進行如下實驗，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，測定CO₂、CH₃OH（g）和H₂O（g）的濃度隨時間變化如圖1所示：
（1）從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）
（2）該條件下CO₂的轉化率為75%．
（3）下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是C．
A．升高溫度B．恒容時充入氮氣
C．將水蒸氣從體系中分離D．用更有效的催化劑．
Ⅱ．如圖2是一個乙醇燃料電池工作時的示意圖，乙池中的兩個電極一個是石墨電極，一個是鐵電極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，請回答下列問題：[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式為C₂H₅OH-12e+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O
（3）在此過程中乙池中某一電極析出金屬銀4.32g時，此時乙池溶液的體積為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時放出29.71kJ熱量，表示該反應的熱化學方程式為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v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（H₂）；
（2）轉化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×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移動，但只增大二氧化碳的濃度會使該比值減�。�
Ⅱ．（1）堿性乙醇電池為原電池，通入乙醇的電極是負極，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是陽極，M與原電池負極相連，M為陰極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，則Fe為陰極；
（2）原電池負極發(fā)生氧化反應，乙醇在負極失去電子，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：Ag⁺+e^-=Ag，陽極發(fā)生反應：2H₂O+4e^-=O₂↑+4H⁺，根據電子轉移守恒計算n（H⁺），計算溶液中c（H⁺），再根據pH=-lgc（H⁺）計算；
（4）計算1mol乙醇燃燒放出的熱量，注明物質的聚集狀態(tài)與反應熱書寫熱化學方程式．

解答 解：（1）由圖1可知，10min達平衡時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），速率之比等于化學計量數之比，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移動，但只增大二氧化碳的濃度會使該比值減小
A．正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故A錯誤；
B．恒容時充入氮氣，反應混合物的濃度不變，平衡不移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故C正確；
D．加入更有效的催化劑，平衡不移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故D錯誤，
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是陽極，M與原電池負極相連，M為陰極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，則Fe為陰極，
故答案為：Fe；
（2）原電池負極發(fā)生氧化反應，乙醇在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，電極反應式為：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：Ag⁺+e^-=Ag，析出Ag的物質的量為$\frac{4.32g}{108g/mol}$=0.04mol，陽極發(fā)生反應：2H₂O+4e^-=O₂↑+4H⁺，根據電子轉移守恒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，故熱化學反應方程式為：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．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、電化學、熱化學方程式書寫等，屬于拼合型題目，是對學生綜合能力的考查，難度中等．