题目内容
12．
甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，二氧化碳加氢合成甲醇是合理利用二氧化碳的有效途径．由二氧化碳制备甲醇过程中可能涉及反应如下：反应Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-49.58KJ/mol
反应Ⅱ：CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H2
反应Ⅲ：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H3=-90.77KJ/mol
回答下列问题：
（1）反应Ⅱ的△H2=+41.19 kJ•mol-1，反应Ⅲ自发进行条件是较低温（填“较低温”、“较高温”或“任意温度”）．
（2）在一定条件下3L恒容密闭容器中，充入一定量的H2和CO2仅发生反应Ⅰ，实验测得反应物在不同起始投入量下，体系中二氧化碳的平衡转化率与温度的关系曲线，如图1所示．
①氢气和二氧化碳的起始投入量以A和B两种方式投入：
A：n（H2）=3moln（CO2）=1.5mol
B：n（H2）=3moln（CO2）=2mol，曲线Ⅰ代表哪种投入方式A（用A、B表示）
②在温度为500K的条件下，按照A方式充入3mol氢气和1.5mol二氧化碳，该反应10min后达到平衡：
此温度下的平衡常数为450；500K时，若在此容器中开始充入0.3mol氢气和0.9mol二氧化碳、0.6mol甲醇、xmol水蒸气，若使反应在开始时正向进行，则 x 应满足的条件是0＜x＜2.025．
（3）在恒温恒压密闭容器中，充入一定量的H2和CO2（假定仅发生反应I），反应过程中，能判断反应I已达到平衡状态的标志是CD
A．断裂3molH-H键，同时有3molH-O键形成
B．容器内的压强保持不变
C．容器中气体的平均摩尔质量不变
D．容器中气体的密度保持不变
（4）以甲醇、氧气为原料，100mL0.15mol/LNaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为336mL（标况）产生的气体全部被NaOH溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为Na2CO3和NaHCO3 1：1，溶液中各离子浓度由大到小的顺序c（Na）＞c（HCO3-）＞c（CO32--）＞c（OH-）＞c（H+）．
分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式，反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；
（2）①图象分析相同温度下，两种反应物，增大一种物质的量会提高另一种物质的转化率；
②结合三行式进行计算，化学反应的平衡常数K各个生成物平衡浓度系数次方的乘积和各个反应物平衡浓度系数次方乘积的比值，据此计算；
（3）反应达到平衡状态，各组分的浓度不随着时间的变化而变化，正逆反应速率相等，根据化学平衡状态的特征结合变量不变的状态是平衡状态来回答；
（4）计算氧气的物质的量，假设生成二氧化碳，根据n（NaOH）与n（CO2）比例关系判断反应产物，进而计算溶液中电解质物质的量，结合盐类水解与电离等判断；
解答 解：（1）反应Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-49.58kJ•mol-1
反应Ⅱ：CO2（g）+H2（g）?CO （g）+H2O（g）△H2
反应Ⅲ：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H3=-90.77kJ•mol-1
根据盖斯定律，反应Ⅱ可以是Ⅰ-Ⅲ得到，所以反应Ⅱ的焓变△H2=（-49.58kJ•mol-1）-（-90.77kJ•mol-1）=+41.19 kJ•mol-1；根据反应自发行的判据：△H-T△S＜0，反应Ⅲ是熵减的放热的反应，所以要自发进行需要在较低温下进行，
故答案为：+41.19 kJ•mol-1；较低温；
（2）①A：n（H2）=3mol，n（CO2）=1.5mol，B：n（H2）=3mol，n（CO2）=2mol，二者比较B相当于增大二氧化碳的量，转化率小于A，所以曲线 I代表A的投料，
故答案为：A．
②在温度为500K的条件下，充入3mol H2和1.5mol CO2，该反应10min时达到平衡，二氧化碳的转化率是60%，
CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）
初始浓度：0.5 1 0 0
变化浓度：0.3 0.9 0.3 0.3
平衡浓度：0.2 0.1 0.3 0.3
该温度下，反应I的平衡常数K=$\frac{0.3×0.3}{0.2×0．{1}^{3}}$=450，
500K时，若在此容器中开始充入0.3molH2和0.9mol CO2、0.6molCH3OH、xmolH2O，浓度分别为0.1mol/L，0.3mol/L，0.2mol/L，$\frac{x}{3}$mol/L
若使反应在开始时正向进行，浓度商Qc=$\frac{0.2×\frac{x}{3}}{0.3×0．{1}^{3}}$＜K=450
x=2.025
则x应满足的条件是0＜x＜2.025
故答案为：450，0＜x＜2.025；
（3）在恒温恒压密闭容器中，充入一定量的H2和CO2（假定仅发生反应I），CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-49.58KJ/mol，反应为气体体积减小的放热反应，
A．断裂3molH-H键，同时有3molH-O键形成，只能说明反应正向进行，不能说明正逆反应速率相等，此时的状态不一定平衡，故A错误；
B．容器中的反应是在恒压下进行的，当容器中气体的压强不变时，不一定是平衡状态，故B错误；
C．容器中气体的平均摩尔质量等于质量和物质的量的比值，质量守恒，但是物质的量始终变化，所以当气体的平均摩尔质量不变的状态是平衡状态，故C正确；
D．容器中气体质量不变，反应正向进行是气体体积减小的反应，密度保持不变，说明反应达到平衡状态，故D正确；
故选CD．
故答案为：CD；
（4）参与反应的氧气在标准状况下体积为448mL，物质的量为 $\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，假设生成二氧化碳，根据电子转移守恒可知，生成二氧化碳为 $\frac{0.02mol×4}{8}$=0.01mol，n（NaOH）=0.1L×0.15mol•L-1=0.015mol，n（NaOH）：n（CO2）=0.015mol：0.01mol=3：2，实质上发生反应2CO2+3NaOH=Na2CO3+NaHCO3+H2O，所以所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为n（Na2CO3）：n（NaHCO3）=1：1；溶液中碳酸根水解，碳酸氢根的水解大于电离，溶液呈碱性，故c（OH-）＞c（H+），碳酸根的水解程度大于碳酸氢根，故c（HCO3-）＞c（CO32-），钠离子浓度最大，水解程度不大，碳酸根浓度原大于氢氧根离子，故c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），
故答案为：Na2CO3和NaHCO3，1：1； c（Na）＞c（HCO3-）＞c（CO32--）＞c（OH-）＞c（H+）；
点评 本题考查盖斯定律的应用、化学反应速率和化学平衡常数的相关计算、化学平衡移动原理、电离常数及离子浓度大小的比较等知识，综合性很强，难度中等．
| 选项 | 实验目的 | 实验方案 |
| A | 证明氧化性：H2O2比Fe3+强 | 用硫酸酸化的H2O2溶液滴入Fe（NO3）2溶液中，溶液变黄色 |
| B | 鉴别溴蒸气和NO2 | 分别通入硝酸银溶液中，产生淡黄色沉淀的是溴蒸汽 |
| C | 证明盐类水解是吸热反应 | 在醋酸钠溶液中滴入酚酞试液，加热后红色加深 |
| D | 证明难溶物存在沉淀溶解平衡 | 往黄色固体难溶物PbI2加水中振荡，静置取上层清液加入 NaI固体产生黄色沉淀 |
| A． | A | B． | B | C． | C | D． | D |
已知有关热化学方程式为：①4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）△H=-905kJ/mol；②3H2（g）+N2（g）2NH3（g）△H=-92.4kJ/mol；③2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-483.6kJ/mol；④N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=QkJ/mol；反应①中有关化学键的键能（kJ/mol）如下：H-O：463，H-N：391，O=O：497| A． | 熵减的吸热反应可能是自发反应 | |
| B． | 需要加热的化学反应，生成物的总能量一定高于反应物的总能量 | |
| C． | 使用催化剂既不会改变反应的限度又不会改变反应的焓变 | |
| D． | 已知2C（s）+2O2（g）═2CO2（g）△H1；2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H2，则△H1＞△H2 |
| A． | 比较非金属性强弱：Si弱于C，C弱于S | |
| B． | 用四氯化碳提取碘水中的碘单质 | |
| C． | 观察烧碱的焰色反应 | |
| D． | 比较NaHCO3和Na2CO3的热稳定性 |
；
．| A． | 1molN2所含有的原子数为NA | |
| B． | 标准状况下，22.4L水中含有的水分子数为NA | |
| C． | Na2O2和CO2的反应中，每有1molNa2O2参加反应转移电子数为2NA | |
| D． | 16 gO2分子和16 gO3分子所含的氧原子数目相等 |