Question

2．碳元素的单质及其化合物与人类的生产、生活、科研息息相关．请回答下列问题：
（1）绿色植物的光合作用吸收CO₂释放O₂的过程可以描述为以下两步：
2CO₂（g）+2H₂O（l）+2C₅H₁₀O₄（s）═4（C₃H₆O₃）⁺（s）+O₂（g）+4e^-△H=+1360kJ•mol^-1
12（C₃H₆O₃）⁺（s）+12e^-═C₆H₁₂O₆（s，葡萄糖）+6C₅H₁₀O₄（s）+3O₂（g）△H=-1200kJ•mol^-1
则绿色植物利用二氧化碳和水合成葡萄糖并放出氧气的热化学方程式为：2CO₂（g）+2H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（s，葡萄糖）+6O₂（g）△H=+2880kJ•mol^-1
（2）工业上利用水煤气合成甲醇的主要反应可表示为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$CO（g）?$\frac{1}{2}$CH₃OH（g）△H=-45.4kJ•mol^-1．向容积为1L的密闭容器中加入0.10mol H₂和0.05mol CO，在一定温度下发生上述反应，10min后反应达到平衡状态，测得放出热量3.632kJ．
①该温度条件下，上述反应的化学平衡常数K=100．
②若容器容积不变，下列措施可增加CH₃OH产率的是BD （填写序号）．
A．升高温度         B．将CH₃OH（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大    D．再充入O.10mol H₂和0.05mol CO
③若该反应达到平衡后，保持其它条件不变，若只把容器的体积缩小一半，则平衡向正向（填“逆向”、“正向”或“不”）移动，化学平衡常数K不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）已知反应：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H＜0，根据原电池原理该反应能否设计成燃料电池．若能，请写出当电解质溶液为KOH溶液时的负极反应式（若不能，该空可不作答）：CO-2e^-+2OH^-=CO₂+H₂O．

Answer 1

分析 （1）依据盖斯定律和热化学方程式计算得到所需的热化学方程式，利用热化学方程式的加减消去不需要的物质，注意加减时焓变随之变化；
（2）①利用三段式来解题；
②据化学平衡移动原理，增加甲醇产率，即使化学平衡正向移动即可；
③根据压强对化学平衡的影响分析；根据影响化学平衡常数的因素分析；
（3）依据反应中元素化合价变化判断反应是否为自发进行的氧化还原反应，自发进行的氧化还原反应可以设计成原电池反应，燃料在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应，结合电荷守恒书写电极反应；

解答 解：（1）已知热化学方程式：2CO₂（g）+2H₂O（l）+2C₅H₁₀O₄（s）═4（C₃H₆O₃）⁺（s）+O₂（g）+4e^-△H═+1360kJ•mol^-1 ①
                       12（C₃H₆O₃）⁺（s）+12e^-═C₆H₁₂O₆（S，葡萄糖）+6C₅H₁₀O₄（s）+3O₂（g）△H=-1200kJ•mol^-1②
根据盖斯定律，将①×3+②可得：6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ•mol^-1，故答案为：6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ•mol^-1；
（2）①根据热化学方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$CO（g）?$\frac{1}{2}$CH₃OH（g）△H=-45kJ•mol^-1 可知，当反应掉1mol氢气时，放热45KJ，故当放出热量3.632kJ时，反应掉的氢气为0.08mol，根据三段式：
                     H₂（g）+$\frac{1}{2}$CO（g）?$\frac{1}{2}$CH₃OH（g）
初始C（mol/L）：0.10mol/L     0.05mol/L       0
△C（mol/L）：0.08mol/L      0.04mol/L      0.04mol/L
平衡C（mol/L）：0.02mol/L      0.01mol/L      0.04mol/L
根据化学平衡常数K=$\frac{{c}^{\frac{1}{2}}（C{H}_{3}OH）}{c（{H}_{2}）{c}^{\frac{1}{2}}（CO）}$=$\frac{0.04{\\;}^{\frac{1}{2}}}{0.02×0.01{\\;}^{\frac{1}{2}}}$=100，故答案为：100；
②A、该反应是放热的，升高温度，平衡逆向进行，会减小甲醇产率，故A错误；
B、将CH₃OH（g）从体系中分离，会促使平衡正向移动，提高甲醇的产率，故B正确；
C、充入He，使体系总压强增大，体积不变，各组分浓度不变，所以平衡不会移动，不会改变甲醇产率，故C错误；
D、再充入0.05mol CO和0.1molH₂，增大压强，平衡右移，有利提高甲醇的产率，故D正确；
故选BD，
故答案为：BD；
③该反应是气体体积减小的反应，把容器的体积缩小一半，增大了反应体系的压强，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动；化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，
故答案为；正向；不变；
（3）已知反应：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H＜0，反应是自发进行的氧化还原反应，可以设计原电池反应，CO在负极失到电子发生氧化反应，电极反应为：CO-2e^-+2OH^-=CO₂+H₂O，
故答案为：CO-2e^-+2OH^-=CO₂+H₂O．

点评 本题涉及盖斯定律的应用、化学平衡的有关计算、原电池电极反应应用等综合知识，注意知识的迁移和应用是关键，难度中等．