Question

8．為實現(xiàn)低碳低能耗，需要對含碳相關(guān)物質(zhì)進行研究．
（1）已知：①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.1kJ•mol^-1
②H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（1）△H₂=-128.3kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H₃=-483.6kJ•mol^-1
采用甲烷和氧氣一步合成液態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CH₃OH（l）△H₁=-164.0kJ•mol^-1．
（2）治理汽車尾氣的反應(yīng)是2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），△H＜0．反應(yīng)達平衡后，改變一個條件，下列①到④的圖象不正確的是②．
（3）反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．在體積為1L的恒容密閉容器甲中，充入1mol CO₂和4mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（{H}_{2}）}$．
②從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．
③若在起始體積為1L的恒壓密閉容器乙中，充入1mol CO₂和4mol H₂，相同條件下發(fā)生反應(yīng)，當達到平衡后，c（CO_2甲）＞c（CO_2乙）（填＞、＜、=）
（4）某模擬“人工樹葉”電化學(xué)實驗裝置如圖3所示，該裝置能將H₂O和CO₂轉(zhuǎn)化為O₂和燃料（C₃H₈O）．該裝置能量轉(zhuǎn)化關(guān)系為電能和光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能．a(chǎn)極的電極反應(yīng)式為3CO₂+18H⁺+18e^?=C₃H₈O+5H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律得①+②+$\frac{1}{2}$×③甲烷和氧氣一步合成液態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程式；
（2）2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），△H＜0．
①平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進行平衡常數(shù)減小；
②催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡；
③平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，溫度不變，則平衡常數(shù)始終不變；
④壓強增大平衡正向進行；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，
①化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫；
②由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，根據(jù)濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比氫氣的濃度變化量，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂）；
③若在起始體積為1L的恒壓密閉容器乙中，充入1mol CO₂和4mol H₂，為保持恒壓體積增大，最后達到平衡狀態(tài)，和恒溫恒容容器中．充入1mol CO₂和4mol H₂相比，反應(yīng)正向進行氣體體積減小，相當于減小體積壓強增大，平衡正向進行；
（4）根據(jù)圖知，電解時a是陰極、b是陽極，a電極上CO₂得電子生成C₃H₈O，陽極上水失電子生成O₂和H⁺，電極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，陽極上CO₂得電子生成C₃H₈O．

解答 解：（1）由①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.1kJ•mol^-1
②2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（l）△H₂=-128.3kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O （g）△H₃=-483.6kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：①+②+$\frac{1}{2}$×③得CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）?CH₃OH（l）△H₁=-164.0kJ•mol^-1．
故答案為：CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）?CH₃OH（l）△H₁=-164.0kJ•mol^-1；
（2）2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0．
①平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進行平衡常數(shù)減小，圖象可知曲線變化正確，故①正確；
②催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變，故②錯誤；
③平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，溫度不變，則平衡常數(shù)始終不變，改變NO物質(zhì)的量是改變濃度不改變平衡常數(shù)，圖象變化正確，故③正確；
④反應(yīng)正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，壓強增大平衡正向進行氮氣濃度增大，故④正確；
故答案為：②；
（3）①平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}{c}^{3}（{H}_{2}））}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}{c}^{3}（{H}_{2}））}$；
②利用三段式解題法計算
                       CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
開始（mol/L）：1               3                 0                0
變化（mol/L）：0.75        2.25             0.75           0.75
平衡（mol/L）：0.25        0.75            0.75             0.75
從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.225；　
③若在起始體積為1L的恒壓密閉容器乙中，充入1mol CO₂和4mol H₂，為保持恒壓體積增大，最后達到平衡狀態(tài)，和恒溫恒容容器中．充入1mol CO₂和4mol H₂相比，反應(yīng)正向進行氣體體積減小，相當于減小體積壓強增大，平衡正向進行，二氧化碳濃度c（CO_2甲）＞c（CO_2乙 ），
故答案為：＞；
（4）根據(jù)圖知，該裝置有外接電源，屬于電解池，該裝置是電解池裝置，是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，所以該裝置將光能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，電解時a是陰極、b是陽極，a電極上CO₂得電子生成C₃H₈O，陽極上水失電子生成O₂和H⁺，電極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，a為陽極，陽極上CO₂得電子生成C₃H₈O，電極反應(yīng)式為3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O，
故答案為：電能和光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；3CO₂+18H⁺+18e^?=C₃H₈O+5H₂O．

點評 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用，弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡，物質(zhì)的量的相關(guān)計算，化學(xué)平衡的計算及影響因素，綜合考查，難度較大．