Question

（1）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入体积2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下两组数据：

实验组	温度℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①实验1中以v（CO₂）表示的反应速率为______（第二位小数）
②该反应为______（填“吸热”或“放热”）反应．
③求实验2的平常常数K，要求写出计算过程，结果取二位小数
（2）已知在常温常压下：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（1）△H=-1451.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学方程式______
（3）甲醇和氧气完全燃烧的反应可以设计为燃料电池，装置如图，该电池通过K₂CO₃溶液吸收反应生的CO₂．则负极的电极反应为______．
（4）CaCO₃的K_SP=2.8×10^-9．将等体积CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，则生成沉淀所需该CaCl₂溶液的最小浓度为______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①、由表中数据可知，CO的物质的量变化量为4mol-2.4mol=1.6mol，根据v=计算v（CO），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（CO₂）；
②、第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时CO₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应；
③、利用三段式计算平衡时，各组分的物质的量，该反应是气体体积不变的反应，故利用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式计算平衡常数；
（2）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标方程式，反应热也乘以相应的系数并进行相应的计算；
（3）总的电池反应式为：2CH₃OH+3O₂+2CO₃^2-=4HCO₃^-+2H₂O，甲醇发生氧化反应，在负极放电，氧气发生还原反应，在正极放电，正极电极反应式为3O₂+12e^-+12HCO₃^-=12CO₃^2-+6H₂O，总反应是减去正极反应式可得负极电极反应式；
（4）由混合后碳酸根浓度为1×10^-4mol/L，根据碳酸钙溶度积常数计算混合后溶液中钙离子的浓度，原氯化钙浓度为混合后钙离子浓度的2倍．
解答：解：（1）①、由表中数据可知，CO的物质的量变化量为4mol-2.4mol=1.6mol，v（CO）==mol/（L?min），速率之比等于化学计量数之比，故v（CO₂）=v（CO）=mol/（L?min）=0.13mol/（L?min），
故答案为：0.13mol/（L?min）；
②、实验1中CO的转化率为×100%=40%，实验2中CO的转化率为×100%=20%，则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应放热，
故答案为：放热；
③、平衡时CO的物质的量为1.6mol，则：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol）：2      1        0        0
变化（mol）：0.4    0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    0.6      0.4      0.4
该反应前后气体体积不变，故利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故900℃时该反应平衡常数k==0.17，
故答案为：0.17；
（2）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（1）△H=-1451.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
根据盖斯定律，①-②得2CH₃OH（1）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（1），故△H=（-1451.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）=
885.6kJ/mol，即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol；
（3）总的电池反应式为：2CH₃OH+3O₂+2CO₃^2-=4HCO₃^-+2H₂O，甲醇发生氧化反应，在负极放电，氧气发生还原反应，在正极放电，正极电极反应式为3O₂+12e^-+12HCO₃^-=12CO₃^2-+6H₂O，总反应是减去正极反应式可得负极电极反应式为：
2CH₃OH+14CO₃^2-+4H₂O-12e^-=16HCO₃^-，即CH₃OH+7CO₃^2-+2H₂O-6e^-=8HCO₃^-，
故答案为：CH₃OH+7CO₃^2-+2H₂O-6e^-=8HCO₃^-；
正极电极反应式为3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，
（4）由混合后碳酸根浓度为1×10^-4mol/L，混合后使碳酸根沉淀，
需要钙离子的最小浓度为mol/L=2.8×10^-5mol/L，
原氯化钙浓度为混合后钙离子浓度的2倍，故原氯化钙的浓度为2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L，
故答案为：2.8×10^-5mol/L．
点评：本题考查反应速率的计算、化学平衡有关计算、热化学方程式书写、溶度积有关计算等，难度中等，注意（3）热化学方程式的书写为易错点、难点，注意利用总反应式与正极反应式之差得负极反应式，注意总反应式为生成物二氧化碳与碳酸根反应的总反应，正极反应式为生成的氢氧根与碳酸氢根的合反应．