Question

15．碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一種理想，更是一種值得期待的新的生活方式．
（1）將CO₂與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等．
①已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
則CO還原Fe₂O₃的熱化學(xué)方程式為Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol；
②氯化鈀（PdCl₂）溶液常被應(yīng)用于檢測(cè)空氣中微量CO，PdCl₂被還原成單質(zhì)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（2）將兩個(gè)石墨電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入C₃H₈和O₂構(gòu)成丙烷燃料電池．
①負(fù)極電極反應(yīng)式是：C₃H₈+26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；
②某同學(xué)利用丙烷燃料電池設(shè)計(jì)了一種電解法制取Fe（OH）₂的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖所示），通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長(zhǎng)時(shí)間不變色．下列說(shuō)法中正確的是ABD（填序號(hào)）
A．電源中的a一定為正極，b一定為負(fù)極
B．可以用NaCl溶液作為電解液
C．A、B兩端都必須用鐵作電極
D．陰極發(fā)生的反應(yīng)是：2H⁺+2e^-═H₂↑
（3）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		H2O	CO	CO2
1	650	2	4	1.6	5
2	900	1	2	0.4	3
3	900	1	2	0.4	1

①該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)；
②實(shí)驗(yàn)2中，平衡常數(shù)K=$\frac{1}{6}$；
③實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，改變的條件可能是使用了催化劑或增大了壓強(qiáng)（答一種情況即可）

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式，①-②×3得到所需熱化學(xué)方程式；
②根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律，CO與PdCl₂溶液反應(yīng)，PdCl₂被還原成單質(zhì)，則CO被氧化成CO₂，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，有水參與反應(yīng)同時(shí)生成氯化氫，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式即可；
（2）①根據(jù)C₃H₈和O₂構(gòu)成丙烷燃料電池的總反應(yīng)：C₃H₈+5O₂+6OH^-=3CO₃^2-+7H₂O，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，而負(fù)極電極反應(yīng)式=總反應(yīng)方程式-正極的電極反應(yīng)式來(lái)解答；
②A、B端析出氫氣可驅(qū)趕原溶液中溶解的少量氧氣；
B、電解液選用NaCl溶液不影響實(shí)驗(yàn)，因?yàn)殛?yáng)極是鐵失電子生成亞鐵離子，溶液中的陰離子不放電；
C、陽(yáng)極應(yīng)該用鐵電極，陰極用惰性電極亦可；
D、B電極反應(yīng)是陰極氫離子放電生成氫氣；
（3）①比較第二組的第一組反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率大小以及溫度對(duì)化學(xué)平衡和轉(zhuǎn)化率的影響來(lái)判斷；
②首先利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，根據(jù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$計(jì)算；
③實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，溫度相同，濃度相同，但實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間少，反應(yīng)速率更大，但平衡狀態(tài)沒有發(fā)生移動(dòng)．

解答 解：（1）①．已知①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①-②×3得到熱化學(xué)方程式為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1；
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1；
②氧化還原反應(yīng)規(guī)律，CO與PdCl₂溶液反應(yīng)，PdCl₂被還原成單質(zhì)，則CO被氧化成CO₂，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，有水參與反應(yīng)同時(shí)生成氯化氫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl，故答案為：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（2）C₃H₈和O₂構(gòu)成丙烷燃料電池的總反應(yīng)：C₃H₈+5O₂+6OH^-=3CO₃^2-+7H₂O，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：C₃H₈ +26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；故答案為：C₃H₈ +26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；
②A、因?yàn)樯�成的氫氣將裝置中原有氧氣溢出，所以氫氣從B端陰極析出，A電極則是鐵做陽(yáng)極失去電子生成亞鐵離子，電源中的a與A相連，則a為正極，b與B相連，則b為負(fù)極，故A正確；
B、電解池中陽(yáng)極是鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成亞鐵離子，陰極是溶液中的氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以電解質(zhì)溶液中的陰離子不會(huì)在陽(yáng)極失電子，所以選用NaCl溶液不影響實(shí)驗(yàn)，故B正確；
C、陽(yáng)極應(yīng)該用鐵電極，陰極可以是鐵也可以是其他惰性電極，故C錯(cuò)誤；
D、陰極氫離子放電，其電極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，故D正確；
故選：ABD；
（3）①實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.6mol}{4mol}$×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%，則實(shí)驗(yàn)1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)2，則說(shuō)明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱，故答案為：放熱；
②H₂O（g）+CO（g） CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L    2mol/L           0          0
轉(zhuǎn)化 0.4mol/L 0.4mol/l       0.4mol/l    0.4mol/l
平衡 0.6mol/L 1.6mol/L       0.4mol/l    0.4mol/l
根據(jù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{0.6×1.6}$=$\frac{1}{6}$，
故答案為：$\frac{1}{6}$；
③實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，溫度相同，濃度相同，但實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間少，反應(yīng)速率更大，但平衡狀態(tài)沒有發(fā)生移動(dòng)，應(yīng)是使用了催化劑，又由于反應(yīng)前后氣體體積不變，則增大了壓強(qiáng)，平衡也不移動(dòng)，也可能為壓強(qiáng)的增大，
故答案為：使用了催化劑或增大了壓強(qiáng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式、電極反應(yīng)的書寫以及化學(xué)平衡的計(jì)算等，做題時(shí)注意把握影響平衡移動(dòng)的因素以及平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力．