Question

5．“溫室效應”是哥本哈根氣候變化大會研究的環(huán)境問題之一．CO₂是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體．因此，控制和治理CO₂是解決“溫室效應”的有效途徑．
（1）其中一種途徑是將CO₂轉化成有機物實現碳循環(huán)．如：
2CO₂（g）+2H₂O（1）═C₂H₄（g）+3O₂（g）．△H=+1411.0kJ/mol
2CO₂（g）+3H₂O（1）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H=+1366.8kJ/mol
則由乙烯水化制乙醇反應的熱化學方程式為C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH（l）△H=-44.2 kJ/mol．
（2）在一定條件下，6H₂（g）+2CO₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）．

溫度（K） CO2轉化率（%） n（H2）/n（CO2）	500	600	700	800
1.5	45	33	20	12
2	60	43	28	15
3	83	62	37	22

根據上表中數據分析：
①溫度一定時，提高氫碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，CO₂的轉化率：增大（填“增大”“減小”“不變”）．
②該反應的正反應為放（填“吸”或“放”）熱反應．
（3）一定條件下，將3molH₂和lmolCO₂兩種氣體混合于固定容積為2L的密閉容器中，發(fā)生如下反應：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）． 2min末該反應達到平衡，測得
CH₃OH的濃度為0.2mol/L．下列判斷不正確的是bcd
a．該條件下此反應的化學平衡常數表達式為k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}$
b．H₂的平均反應速率為0.3mol/（L•s）
c．CO₂的轉化率為60%
d．混合氣體的密度不再改變時，該反應一定達到平衡狀態(tài)
（4）如圖是乙醇燃料電池（電解質溶液為KOH溶液）的結構示意圖，則a處通入的是乙醇（填“乙醇”或“氧氣”），b處電極上發(fā)生的電極反應是：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

（5）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應，CaCO₃是一種難溶物質，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為大于1.4×10^-5mol/L．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律可以計算反應的焓變；
（2）增加氫氣的量能夠使二氧化碳的轉化率增大；升高溫度化學平衡向著吸熱方向進行；
（3）a、化學平衡常數=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$（固體和純溶劑不列入表達式中）；
b、化學反應速率等于單位時間內物質的濃度的變化量；
c、物質的轉化率=$\frac{變化量}{起始量}$×100%，
d、混合氣體的密度=$\frac{混合氣體質量}{體積}$，看分子和分母的變化來判斷是否為平衡狀態(tài)；
（4）失電子的極為負極，燃料電池中燃料作負極，氧氣在正極上放電；
（5）根據沉淀的溶度積表達式Ksp=[Ca²⁺][CO₃^2-]來進行計算．

解答 解：（1）根據蓋斯定律，乙烯水化制乙醇的反應應是2CO₂（g）+3H₂O（l）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H=+1366.8kJ/mol
和2CO₂（g）+2H₂O（l）═C₂H₄（g）+3O₂（g）△H=+1411.0kJ/mol的差，故C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH（l）△H=-44.2 kJ/mol，
故答案為：C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH（l）△H=-44.2 kJ/mol；
（2）①溫度一定時，提高氫碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，相當于增加氫氣的量，增加氫氣的量能夠使二氧化碳的轉化率增大，故答案為：增大；
②從表中數據看出：溫度越高，二氧化碳的轉化率越小，升高溫度化學平衡向著吸熱方向，即向著使二氧化碳的轉化率減小的方向（逆向）進行，故正向是放熱反應，故答案為：放；
（3）a、化學平衡常數=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$（固體和純溶劑不列入表達式），K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}$，故a正確；
b、H₂的平均反應速率=$\frac{△c（{H}_{2}）}{△t}$=0.3mol/（l•min），而不是3mol/（l•s），選項單位錯誤，故b錯誤；
c、甲醇的濃度為0.2mol/L，生成的物質的量為0.4mol，則消耗掉的二氧化碳為0.4mol，所以二氧化碳物質的轉化率=$\frac{變化量}{起始量}$×100%=$\frac{0.4mol}{1mol}$×100%=40%，故c錯誤；
d、混合氣體的密度=$\frac{混合氣體質量}{體積}$，混合氣體的質量遵循質量守恒，任何狀態(tài)下質量均是定值，此反應又是在固定容積為2L的密閉容器中發(fā)生，所以體積在任何狀態(tài)下均是定值，所以密度在任何狀態(tài)下均是定值，故d錯誤，故答案為：bcd；
（4）根據乙醇燃料電池的結構示意圖可以看出a極為失去電子的極，失電子的極為負極，在燃料電池中燃料作負極，氧氣在正極上放電，
故答案為：乙醇；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（5）根據碳酸鈣沉淀的溶度積表達式Ksp=[Ca²⁺][CO₃^2-]，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，則混合溶液中生成沉淀所需Ca²⁺的最小濃度c=$\frac{Ksp}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{2.8×1{0}^{-5}}{2×1{0}^{-4}}$=1.4×10^-5mol/L，
故答案為：1.4×10^-5mol/L．

點評 本題考查了學生對電化學和化學平衡知識的掌握，主要是熱化學方程式書寫、化學平衡影響因素、反應速率的計算分析、原電池原理和溶度積常數計算，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度中等．