Question

7．随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视．目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入lmol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mo1．测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．

（1）从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）
（2）该反应的平衡常数为5.33．
（3）下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CD．
A．升高温度                 B．充入He（g），使体系压强增大
C．将H₂O（g）从体系中分离     D．再充入lmol CO₂和3mol H₂
（4）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②H₂O（g）=H₂O（1）△H=-44.0kJ/mol
则甲醇的燃烧热化学方程式为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8KJ/mol；
（5）如果燃烧甲醇会造成大量化学能损失，如果以甲醇和空气为原料，以氢氧化钠为电解质溶液设计成原电池将有很多优点，请书写出该电池的负极反应：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O
（6）常温下，某水溶液M中存在的离子有：Na⁺、A^-、H⁺、OH^-．若该溶液M由 pH=3的HA溶液V₁mL与pH=11的NaOH溶液V₂mL混合反应而得，则下列说法中正确的是AD．
A．若溶液M呈中性，则溶液M中c（H⁺）+c（OH^-）=2×10^-7mol•L^-1
B．若V₁=V₂，则溶液M的pH一定等于7
C．若溶液M呈酸性，则V₁一定大于V₂
D．若溶液M呈碱性，则V₁一定小于V₂．

Answer 1

分析 （1）由图可知，开始到平衡时甲醇的浓度增加0.75mol/L，结合v=$\frac{△c}{△t}$及速率之比等于化学计量数之比计算；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
C始      1               3                0                 0
C变     0.75       2.25               0.75        0.75
C平     0.25      0.75                0.75          0.75
结合平衡浓度计算K；
（3）能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，可使平衡正向移动，但不能增加二氧化碳的量；
（4）①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②H₂O（g）=H₂O（1）△H=-44.0kJ/mol
由盖斯定律可知，（①+②×4）×$\frac{1}{2}$得：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$ O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；
（5）以甲醇和空气为原料，以氢氧化钠为电解质溶液设计成原电池，负极上甲醇失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子；
（6）A．若溶液M呈中性，则溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=1×10^-7mol•L^-1；
B．若V₁=V₂，HA为强酸时溶液M的pH等于7；
C．若溶液M呈酸性，等体积时HA过量；
D．若等体积时HA过量．

解答 解：（1）由图可知，开始到平衡时甲醇的浓度增加0.75mol/L，v（H₂）=3 v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$×3=0.225mol/（L•min），
故答案为：0.225；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
C始      1               3                0                 0
C变     0.75       2.25               0.75        0.75
C平     0.25      0.75                0.75          0.75
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，
故答案为：5.33；
（3）A．升高温度，平衡逆向移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故不选；               
B．恒容时充入He（g），使体系压强增大，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故不选；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡正向移动，能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故选；     
D．再充入lmol CO₂和3mol H₂，压强增大，平衡正向移动，能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故选；
故答案为：C D；
（4）①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②H₂O（g）=H₂O（1）△H=-44.0kJ/mol
由盖斯定律可知，（①+②×4）×$\frac{1}{2}$得：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$ O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O（l），则△H=-725.8KJ/mol，
即甲醇的燃烧热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8KJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8KJ/mol；
（5）以甲醇和空气为原料，氢氧化钠为电解质溶液设计成原电池，负极上甲醇失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子，负极反应为CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（6）A．若溶液M呈中性，则溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=1×10^-7mol•L^-1，则c（H⁺）+c（OH^-）=2×10^-7mol•L^-1，故A正确；
B．若V₁=V₂，HA为强酸时溶液M的pH等于7，如HA为弱酸时，HA过量，pH＜7，故B错误；
C．若溶液M呈酸性，等体积时HA过量，或酸的体积大，则V₁≥V₂，故C错误；
D．若等体积时HA过量，则溶液M呈碱性，则V₁一定小于V₂，故D正确；
故答案为：AD．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握化学平衡三段法、平衡移动、电极反应、盖斯定律应用、酸碱混合等为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意利用平衡浓度计算K，综合性较强，题目难度中等．