Question

20．环境问题已经是我国面临的重大问题．
Ⅰ．减少二氧化碳的排放是一项重要课题．研究表明，C0₂经催化加氢可合成低碳醇：C0₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂0（g）△H几种化学键的键能如表所示

化学键	C=0	H-H	C-C	C-H	0-H	C-0
键能/kJ．mol-1	803	436	332	409	463	326

通过计算得出△H=-2208kJ/mol．
（2）在1.0L恒容密闭容器中投入lmolC0₂和2.75molH₂发生该反应，实验测得不同温度及压强下，平衡时甲醉的物质的量如图所示．
当压强为P₂，温度为512K时，向该容器中投入 lmol CO₂、0.5mol H₂、2mol CH₃OH、0.6mol H₂0时，平衡向逆反应方向移动．
（3）以CH₃OH、空气（0₂含量20%）、KOH溶液为 原料，以石墨为电极可直接构成燃料电池，则该电池的负极反应式为CH₃OH+8OH^--6e-=CO₃^2-+6H₂O；用该由池由储500mLImol/L CuSO₄溶液，当燃料电池消耗标况下56L空气时，计算理论上两极电解产生气体的总物质的量1mol．
Ⅱ．SO₂也是一种大气污染物，可以用海水处理含SO₂的废气，海水中主要离子的含量如下：

成分	含量/（mg/L）	成分	含量（mg/L）
Cl-	18980	Ca2+	400
Na+	10560	HCO3-；	142
SO42-	2560	Mg2+	1272

（1）海水经初步处理后，还含有Ca²⁺、Mg²⁺，Na⁺、CL^-，向其中加入石灰浆使海水中的Mg²⁺转换 为Mg（OH）₂，当Mg²⁺刚好沉淀完全时，c（ Ca²⁺）为4.58mol/L
已知Ksp[Mg（OH）₂]=1.2xl0^-11   Ksp[Ca（OH）²]=5.5X10^-6
（2）处理过的废气中S0₂的含量可以通过碘暈法来测定．用到的试剂有：0．l mol•L的碘标准溶液，淀粉溶液．当把处理后的废气以每分钟aL（标况下）的流速通入到lOOmL含有淀粉的碘标准液中，t min达到滴定终点．滴定终点的现象为溶液蓝色褪去，且半分钟不恢复颜色计算该处理气中S0₂的含量$\frac{0.224}{at}$（用含a，t的式子表示）

Answer 1

分析 I．（1）焓变等于反应物总键能减去生成物总键能；
（2）当压强为P₂，温度为512K时，平衡时甲醇为0.25mol，计算平衡时各组分物质的量，由于容器的容积为1L，利用物质的量代替浓度计算平衡常数，再计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行；
（3）原电池负极发生氧化反应，负极上是甲醇失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水；
硫酸铜物质的量为0.5mol，铜离子完全放电获得电子为0.5mol×2=1mol，56L空气中氧气物质的量为$\frac{56L×0.2}{22.4L/mol}$=0.5mol，转移电子为0.5mol×4=2mol＞1mol，故阴极氢离子还放电，根据电子转移守恒计算生成氢气的物质的量，阳极是氢氧根离子放电生成氧气，由电子转移守恒可知生成氧气为0.5mol；
Ⅱ．（1）Mg²⁺刚好沉淀完全时，溶液中c（ Mg²⁺）=l0^-5mol/L，再结合Ksp[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=1.2×l0^-11，Ksp[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×c²（OH^-）=5.5×10^-6，联立计算；
（2）发生反应：I₂+SO₂+2H₂O=H₂SO₄+2HI，碘反应完毕时，溶液蓝色褪去．计算通入气体总体积，根据方程式二氧化硫的体积，可得二氧化硫的含量．

解答 解：I．（1）焓变等于反应物总键能减去生成物总键能，则CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H=[2×803+436×3-（409×3+326+463×3）]mol/L=-2208kJ/mol，
故答案为：-2208kJ/mol；
（2）当压强为P₂，温度为512K时，平衡时甲醇为0.25mol，则：
           CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：1     2.75      0          0
变化量（mol）：0.25  0.75      0.25       0.25
平衡量（mol）：0.75  2         0.25       0.25
由于容器的容积为1L，利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.25×0.25}{0.75×{2}^{3}}$=$\frac{1}{96}$，
此时浓度商Qc=$\frac{0.6×2}{1×0．{5}^{3}}$=9.6＞K=$\frac{1}{96}$，反应向逆反应进行，
故答案为：逆反应；
（3）原电池负极发生氧化反应，负极上是甲醇失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，负极电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e-=CO₃^2-+6H₂O
硫酸铜物质的量为0.5mol，铜离子完全放电获得电子为0.5mol×2=1mol，56L空气中氧气物质的量为$\frac{56L×0.2}{22.4L/mol}$=0.5mol，转移电子为0.5mol×4=2mol＞1mol，故阴极氢离子还放电，根据电子转移守恒，生成氢气的物质的量为$\frac{2mol-1mol}{2}$=0.5mol，阳极是氢氧根离子放电生成氧气，由电子转移守恒可知生成氧气为0.5mol，故两极生成气体总物质的量为0.5mol+0.5mol=1mol，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e-=CO₃^2-+6H₂O；1mol；
Ⅱ．（1）Mg²⁺刚好沉淀完全时，溶液中c（ Mg²⁺）=l0^-5mol/L，Ksp[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=1.2×l0^-11，Ksp[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×c²（OH^-）=5.5×10^-6，联立可得c（Ca²⁺）=4.58mol．L，
故答案为：4.58；
（2）发生反应：I₂+SO₂+2H₂O=H₂SO₄+2HI，滴定终点时，溶液蓝色褪去，且半分钟不恢复颜色，通入气体总体积为ta L，由方程式可知n（SO₂）=n（I₂）=0.1L×0.1mol/L=0.01mol，则V（SO₂）=n（I₂）=0.01mol×22.4L/mol=0.224L，该处理气中SO₂的含量$\frac{0.224L}{taL}$=$\frac{0.224}{at}$，
故答案为：溶液蓝色褪去，且半分钟不恢复颜色；$\frac{0.224}{at}$．

点评 本题考查反应热计算、化学平衡计算、化学平衡常数的计算和应用、原电池的工作原理、溶度积有关计算、氧化还原反应滴定等知识，属于拼合型题目，是对学生综合能力的考查，注意掌握根据平衡常数与浓度商关系判断反应进行方向．