Question

6．“一碳化学”是以只含有一个碳原子的化合物（如CO₂、CO等）为原料合成一系列化工原料和燃料，可以有效地解决能源短缺问题．
（1）二甲醚是无色气体，可做新型能源，工业上可用CO₂和H₂反应合成．
①已知H₂和CH₂OCH₃的燃烧热分别为285.8kJ/mol和1455.0kJ/mol，且H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol，写出CO₂和H₂反应生成二甲醚和水蒸气的热化学方程式6H₂（g）+2CO₂（g）=CH₃OCH₃（l）+3H₂O（g）△H=-127.8kJ/mol．
②在恒温恒容密闭容器中发生上述合成二甲醚反应，下列叙述能判断该反应已达到平衡的依据有ad．
a．气体的平均分子质量不变   b．气体密度不变
c．反应前n（CO₂）=1 mol、n（H₂）=3 mol，容器内$\frac{n（CO_{2}）}{n（H_{2}）}$的比值不变
d．v_正（CO₂）=2v_逆（CH₃OCH₃）
（2）CO₂合成甲醇是碳减排的新方向，该反应的热化学方程式为：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ/mol，
①在T₁℃下，向3L容器中充入2 molCO₂和6 molH₂，测得平衡时容器内压强是起始压强的$\frac{3}{4}$，则CO₂的转化率为50%；若在上述平衡体系中再充入1 molCO₂和1 mol H₂O（g），则此时v_正=v逆（填“＞”，“=”或“＜”）；已知在T₂℃下，上述反应的平衡常数为1，则T₁＞T₂（填“＞”，“=”或“＜”）．
②若既能提高CO₂的转化率，又能加快反应速率的措施有c．
a．升高温度
b．增大CO₂浓度
c．增大压强
d．分离出甲醇
（3）草酸（乙二酸）在工业上是重要的还原剂和沉淀剂，可由CO生产．
①草酸电解还原法可制备乙醛酸（OHC-COOH），用惰性电极电解饱和草酸溶液的阴极电极反应式为HOOC-COOH+2e^-+2H⁺=OHC-COOH+H₂O．
②已知某温度下CaC₂O₄的K_sp=2.5×10^-9，将0.02 mol•L^-1澄清石灰水和0.01 mol•L^-1H₂C₂O₄溶液等体积混合，所得溶液中C₂O₄^2-的物质的量浓度为2.5×10^-7mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）①燃烧热是在101KP时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，C元素要转化为二氧化碳，H元素要转化为液态水，已知H₂和CH₂OCH₃的燃烧热分别为285.8kJ/mol和1455.0kJ/mol，且H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol，分别写出热化学方程式，然后根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，反应热也处于相应的系数进行相应的加减，构造目标热化学方程式；
②当一个量在反应未平衡的时候一直在变化，而后来不变了，则可以作为平衡的标志，即变量不变分析；
（2）①结合化学平衡三行计算列式得到，气体压强之比一定条件下为气体物质的量之比，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，计算此温度下平衡常数，若在上述平衡体系中再充入1 molCO₂和1 mol H₂O（g），计算难度商和平衡常数比较判断反应进行的方向，已知在T₂℃下，上述反应的平衡常数为1，比较平衡常数判断温度高低；
②若既能提高CO₂的转化率，平衡正向进行，又能加快反应速率，结合影响化学反应速率的因素判断；
（3）用惰性电极电解饱和草酸溶液，草酸在阴极放电，C由+3价降到+1价，得到2个电子，电极反应式为HOOC-COOH+2e^-+2H⁺=OHC-COOH+H₂O；
（4）将0.02mol•L^-1澄清石灰水和0.01mol•L^-1H₂C₂O₄溶液等体积混合，c（Ca²⁺）=0.01mol•L^-1，根据CaC₂O₄的Ksp为2.5×10^-9，所得溶液中C₂O₄^2-的物质的量浓度为$\frac{Ksp}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{2.5×1{0}^{-9}}{0.01}$=2.5×10^-7mol•L^-1．

解答 解：（1）①燃烧热是在101KP时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，C元素要转化为二氧化碳，H元素要转化为液态水．
已知H₂和CH₂OCH₃的燃烧热分别为285.8kJ/mol和1455.0kJ/mol，且H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol，分别写出热化学方程式：
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol   I，
CH₃OCH₃（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455.0kJ/molⅡ，
H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ/molⅢ，
盖斯定律计算得到CO₂和H₂反应生成二甲醚和水蒸气的热化学方程式：6H₂（g）+2CO₂（g）=CH₃OCH₃（l）+3H₂O（g）△H=-127.8KJ/mol，
故答案为：6H₂（g）+2CO₂（g）=CH₃OCH₃（l）+3H₂O（g）△H=-127.8kJ/mol；
②对于反应：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O （g）
a．此反应全部是气体参加和生成，故气体的质量一直不变，而正反应方向是气体的物质的量减小的反应，故平衡之前，气体平均相对分子质量在变大，故当不变时，能说明反应达平衡，故a正确；
b．由于是恒容的容器，容器体积V一直不变，而此反应全部是气体参加和生成，故气体的质量一直不变，则气体的密度无论反应有没有达到平衡都一直不变，故不能作为反应达平衡的标志，故b错误；
c．反应前n（C0₂）=2mol，n（H₂）=6mol，而根据物质的量的该变量等于计量数之比可知，△（C0₂）：△（H₂）=2：6，故无论反应是否达到平衡，n（C0₂）：n（H₂）恒等于2：6即1：3，故当比值不变时，不能说明反应达平衡，故c错误；
d．速率之比等于化学方程式计量数之比，v_正（CO₂）=2v_逆（CH₃OCH₃）说明二甲醚正逆反应速率相同，反应达到平衡，故d正确；
故选ad，
故答案为：ad；
（2）①在T₁℃下，向3L容器中充入2 molCO₂和6 molH₂，设消耗二氧化碳物质的量为x，
                        CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）   2               6                 0                  0
变化量（mol）  x             3x                  x                  x
平衡量（mol）2-x           6-3x                x                 x
测得平衡时容器内压强是起始压强的$\frac{3}{4}$，
$\frac{2-x+6-3x+x+x}{2+6}$=$\frac{3}{4}$
x=1
则CO₂的转化率=$\frac{1}{2}$×100%=50%，
平衡常数K=$\frac{\frac{1}{3}×\frac{1}{3}}{\frac{1}{3}×（\frac{3}{3}）^{3}}$=$\frac{1}{3}$，
若在上述平衡体系中再充入1 molCO₂和1 mol H₂O（g），此时浓度商Qc=$\frac{\frac{2}{3}×\frac{1}{3}}{\frac{2}{3}×（\frac{3}{3}）^{3}}$=$\frac{1}{3}$=K，则此时v_正=v逆，
已知在T₂℃下，上述反应的平衡常数为1，平衡常数随温度升高逆向进行则T₁＞T₂，
故答案为：50%；=；＞；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ/mol，
a．升高温度，反应速率增大，平衡逆向进行，二氧化碳转化率减小，故a错误；
b．增大CO₂浓度，反应速率增大，二氧化碳转化率减小，故b错误；
c．增大压强反应速率增大，平衡正向进行，二氧化碳转化率增大，故c正确；
d．分离出甲醇，反应速率减小，二氧化碳转化率增大，故d错误；
故答案为：c；
（3）用惰性电极电解饱和草酸溶液，草酸在阴极放电，C由+3价降到+1价，得到2个电子，电极反应式为HOOC-COOH+2e^-+2H⁺=OHC-COOH+H₂O；
故答案为：HOOC-COOH+2e^-+2H⁺=OHC-COOH+H₂O；
（4）将0.02mol•L^-1澄清石灰水和0.01mol•L^-1H₂C₂O₄溶液等体积混合，c（Ca²⁺）=0.01mol•L^-1，根据CaC₂O₄的Ksp为2.5×10^-9，所得溶液中C₂O₄^2-的物质的量浓度为$\frac{Ksp}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{2.5×1{0}^{-9}}{0.01}$=2.5×10^-7mol•L^-1．
故答案为：2.5×10^-7mol•L^-1；

点评 本题考查了盖斯定律的应用、反应达平衡的判断以及平衡常数的有关计算等问题，综合性较强，是高考的常见题型，题目难度中等．