Question

13．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)計了一種電解法制取Fe（OH）₂的實驗裝置（如圖所示），通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長時間不變色．下列說法中正確的是ABD（填序號）
A．電源中的a一定為正極，b一定為負極
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，進行反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	達到平衡所需時間/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（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)；
②實驗2中，平衡常數(shù)K=$\frac{1}{6}$；
③實驗3跟實驗2相比，改變的條件可能是使用了催化劑或增大了壓強（答一種情況即可）．

Answer 1

分析 （1）已知①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol ①
C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol  ②
由蓋斯定律可知①-②×3，得到熱化學(xué)方程式：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g），以此計算△H；
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)同時生成氯化氫；
（2）①C₃H₈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^-，保證電子守恒時總反應(yīng)減去正極反應(yīng)得到負極反應(yīng)；
②A、因為生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電極則是鐵做陽極失去電子生成亞鐵離子，電源中的a與A相連；
B、電解池中陽極是鐵失去電子發(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)；
C、陽極應(yīng)該用鐵電極，F(xiàn)e失去電子；
D、陰極氫離子放電生成H₂；
（3）①實驗1中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.6mol}{4mol}$×100%=40%，實驗2中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%，則實驗1的轉(zhuǎn)化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動；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
結(jié)合平衡濃度計算K；
③實驗3跟實驗2相比，溫度相同，濃度相同，但實驗3達到平衡所用時間少，反應(yīng)速率更大，但平衡狀態(tài)沒有發(fā)生移動．

解答 解：（1）已知①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol ①
C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol  ②
由蓋斯定律可知①-②×3，得到熱化學(xué)方程式：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol，
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol；
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、因為生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為負極，故A正確；
B，、電解池中陽極是鐵失去電子發(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在陽極失電子，所以選用NaCl溶液不影響實驗，故B正確；
C，、陽極應(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實驗1中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.6mol}{4mol}$×100%=40%，實驗2中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%，則實驗1的轉(zhuǎn)化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)放熱，
故答案為：放；
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
則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實驗3跟實驗2相比，溫度相同，濃度相同，但實驗3達到平衡所用時間少，反應(yīng)速率更大，但平衡狀態(tài)沒有發(fā)生移動，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，平衡也不移動，也可能為壓強的增大，
故答案為：使用了催化劑或增大了壓強．

點評 本題考查化學(xué)平衡的計算，為高頻考點，把握平衡移動影響因素、平衡常數(shù)計算、蓋斯定律應(yīng)用、電極反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，綜合性較強，題目難度中等．