Question

9．開(kāi)發(fā)新能源是解決環(huán)境污染的重要舉措，工業(yè)上常用CH₄與CO₂反應(yīng)制備H₂和CO．
（1）鈀的化合物PbCl₂通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)CO氣體，該反應(yīng)的反應(yīng)物與生成物有CO、Pb、H₂O、HCl、PbCl₂和一種未知物質(zhì)X、X的化學(xué)式為CO₂．
（2）甲烷經(jīng)重整催化作用提供反應(yīng)氣的燃料電池如圖所示（以熔融Li₂CO₃和K₂CO₃為電解質(zhì)）．通入甲烷的電極為負(fù)極（填“正極”或“負(fù)極”），正極的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，該電池工作一段時(shí)間后，消耗甲烷3.36L（標(biāo)準(zhǔn)狀況，下同），則B極上消耗空氣和二氧化碳混合氣體的體積為23.52L．[已知空氣中V（N₂）：V（O₂）=4：1]
（3）CO₂通過(guò)碳化反應(yīng)可將鈣鎂的氫氧化物中的Ca²⁺、Mg²⁺分離．化學(xué)方程式如下：Ca（OH）₂+Mg（OH）₂+3CO₂?CaCO₃+Mg（HCO₃）₂+H₂O．已知：25℃時(shí)，CaCO₃的K_sp為2.5×10^-9，碳酸鈣的溶解度是5.0×10^-4g．
（4）①將一定量的CO₂（g）和CH₄（g）通入一恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．其他條件相同，在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ）作用下反應(yīng)相同時(shí)間后，體系中CO含量隨反應(yīng)溫度的變化如圖2所示．

在a點(diǎn)與b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)條件下，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間后達(dá)到平衡，平衡常數(shù)K_a=（填“＞”“＜”或“=”）K_b；c點(diǎn)CO含量高于b點(diǎn)的原因是c點(diǎn)的溫度高于b點(diǎn)，升高溫度平衡正向移動(dòng)．
②為了探究反應(yīng)：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系，起始時(shí)向恒容密閉容器中通入CH₄與CO₂，使其物質(zhì)的量濃度均為1.0 mol•L^-1，平衡時(shí)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制出兩條反應(yīng)速率-濃度關(guān)系曲線(xiàn)：v_正-c（CH₄）和v_逆-c（CO）．
則與曲線(xiàn)v_正-c（CH₄）相對(duì)應(yīng)的是如圖3中曲線(xiàn)乙（填“甲”或“乙”）；該反應(yīng)達(dá)到平衡后，某一時(shí)刻降低溫度，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，平衡常數(shù)減小，則此時(shí)曲線(xiàn)甲對(duì)應(yīng)的平衡點(diǎn)可能為B或E．

Answer 1

分析 （1）PbCl₂通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)CO氣體，則CO和PbCl₂應(yīng)為反應(yīng)物，而該反應(yīng)的反應(yīng)物與生成物有CO、Pb、H₂O、HCl、PbCl₂和一種未知物質(zhì)X，根據(jù)元素守恒可判斷出Pb、HCl應(yīng)為生成物，利用氫元素守恒可知H₂O為反應(yīng)物，根據(jù)元素守恒可書(shū)寫(xiě)出該反應(yīng)的方程式，根據(jù)方程式可知X的化學(xué)式；
（2）根據(jù)圖可知，該燃料電池中，通入甲烷與二氧化碳反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳，1mol甲烷可以生成2mol氫氣，氫氣失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則該電極為原電池的負(fù)極，負(fù)極電極反應(yīng)式為：H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O，通入空氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，根據(jù)正、負(fù)極電子得失守恒可計(jì)算出空氣和氧氣的體積；
（3）根據(jù)CaCO₃的K_sp為2.5×10^-9，可計(jì)算出碳酸鈣飽和溶液中碳酸鈣的濃度，進(jìn)而計(jì)算出碳酸鈣的溶解度；
（4）①根據(jù)圖3可知，隨著溫度升高，CO的含量增大，說(shuō)明平衡正向移動(dòng)，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，根據(jù)溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響可答題；
②CH₄與CO₂其起始的物質(zhì)的量濃度均為1.0 mol•L^-1，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行，甲烷的濃度會(huì)越來(lái)越小，正反應(yīng)速率也會(huì)越來(lái)越小，據(jù)此判斷，根據(jù)圖可知，反應(yīng)平衡時(shí)圖中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)應(yīng)為A和F點(diǎn)，降溫后，反應(yīng)速率減小，平衡逆向移，甲烷的濃度會(huì)增大，據(jù)此判斷．

解答 解：（1）PbCl₂通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)CO氣體，則CO和PbCl₂應(yīng)為反應(yīng)物，而該反應(yīng)的反應(yīng)物與生成物有CO、Pb、H₂O、HCl、PbCl₂和一種未知物質(zhì)X，根據(jù)元素守恒可判斷出Pb、HCl應(yīng)為生成物，利用氫元素守恒可知H₂O為反應(yīng)物，該根據(jù)化合價(jià)升降可知，反應(yīng)的方程式可寫(xiě)成PbCl₂+CO+H₂O=Pb+2HCl+X，所以X的化學(xué)式為CO₂，
故答案為：CO₂；
（2）根據(jù)圖可知，該燃料電池中，通入甲烷與二氧化碳反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳，1mol甲烷可以生成2mol氫氣，氫氣失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則該電極為原電池的負(fù)極，負(fù)極電極反應(yīng)式為：H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O，通入空氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，當(dāng)甲烷為3.36L（標(biāo)準(zhǔn)狀況，下同），即0.15mol時(shí)，生成氫氣為0.3mol，發(fā)生電極反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.6mol，根據(jù)反應(yīng)O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，此時(shí)在正極消耗的氧氣為0.15mol，二氧化碳為0.3mol，則所需空氣的物質(zhì)的量為0.75mol，所以共消耗空氣和二氧化碳混合氣體的物質(zhì)的量為1.05mol，其體積為23.52L，
故答案為：負(fù)極；O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；23.52；
（3）根據(jù)CaCO₃的K_sp為2.5×10^-9可知，碳酸鈣飽和溶液中碳酸鈣的物質(zhì)的量濃度為$\sqrt{2.5×10-9}$mol/L=5.0×10^-5 mol/L，所以碳酸鈣的溶解度為$\frac{5.0×10{\;}^{-4}×100}{1000}×100g$=5.0×10^-4 g，
故答案為：5.0×10^-4；
（4）①根據(jù)圖3可知，隨著溫度升高，CO的含量增大，說(shuō)明平衡正向移動(dòng)，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，平衡常數(shù)只受溫度影響，ab兩點(diǎn)的溫度相同，所以K_a=K_b，c點(diǎn)的溫度高于b點(diǎn)，升高溫度平衡正向移動(dòng)，所以c點(diǎn)的CO的含量高于b點(diǎn)，
故答案為：=；c點(diǎn)的溫度高于b點(diǎn)，升高溫度平衡正向移動(dòng)；
②CH₄與CO₂其起始的物質(zhì)的量濃度均為1.0 mol•L^-1，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行，甲烷的濃度會(huì)越來(lái)越小，正反應(yīng)速率也會(huì)越來(lái)越小，所以曲線(xiàn)v_正-c（CH₄）相對(duì)應(yīng)的是如圖3中曲線(xiàn)是乙線(xiàn)，根據(jù)圖可知，反應(yīng)平衡時(shí)圖中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)應(yīng)為A和F點(diǎn)，降溫后，反應(yīng)速率減小，平衡逆向移，甲烷的濃度會(huì)增大，所以此時(shí)曲線(xiàn)甲對(duì)應(yīng)的平衡點(diǎn)可能為應(yīng)為B點(diǎn)，CO的濃度會(huì)減小，對(duì)應(yīng)的為E點(diǎn)
故答案為：乙；B或E．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡圖象、影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡常數(shù)、沉淀的溶解平衡計(jì)算、電化學(xué)的計(jì)算等，做題時(shí)注意從氧化還原的角度判斷原電池的正負(fù)極以及電極方程式的書(shū)寫(xiě)，掌握原理是關(guān)鍵，題目難度中等．