Question

5．“温室效应”是哥本哈根气候变化大会研究的环境问题之一．CO₂是目前大气中含量最高的一种温室气体．因此，控制和治理CO₂是解决“温室效应”的有效途径．
（1）其中一种途径是将CO₂转化成有机物实现碳循环．如：
2CO₂（g）+2H₂O（1）═C₂H₄（g）+3O₂（g）．△H=+1411.0kJ/mol
2CO₂（g）+3H₂O（1）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H=+1366.8kJ/mol
则由乙烯水化制乙醇反应的热化学方程式为C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH（l）△H=-44.2 kJ/mol．
（2）在一定条件下，6H₂（g）+2CO₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）．

温度（K） CO2转化率（%） n（H2）/n（CO2）	500	600	700	800
1.5	45	33	20	12
2	60	43	28	15
3	83	62	37	22

根据上表中数据分析：
①温度一定时，提高氢碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，CO₂的转化率：增大（填“增大”“减小”“不变”）．
②该反应的正反应为放（填“吸”或“放”）热反应．
（3）一定条件下，将3molH₂和lmolCO₂两种气体混合于固定容积为2L的密闭容器中，发生如下反应：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）． 2min末该反应达到平衡，测得
CH₃OH的浓度为0.2mol/L．下列判断不正确的是bcd
a．该条件下此反应的化学平衡常数表达式为k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}$
b．H₂的平均反应速率为0.3mol/（L•s）
c．CO₂的转化率为60%
d．混合气体的密度不再改变时，该反应一定达到平衡状态
（4）如图是乙醇燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，则a处通入的是乙醇（填“乙醇”或“氧气”），b处电极上发生的电极反应是：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

（5）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为大于1.4×10^-5mol/L．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律可以计算反应的焓变；
（2）增加氢气的量能够使二氧化碳的转化率增大；升高温度化学平衡向着吸热方向进行；
（3）a、化学平衡常数=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$（固体和纯溶剂不列入表达式中）；
b、化学反应速率等于单位时间内物质的浓度的变化量；
c、物质的转化率=$\frac{变化量}{起始量}$×100%，
d、混合气体的密度=$\frac{混合气体质量}{体积}$，看分子和分母的变化来判断是否为平衡状态；
（4）失电子的极为负极，燃料电池中燃料作负极，氧气在正极上放电；
（5）根据沉淀的溶度积表达式Ksp=[Ca²⁺][CO₃^2-]来进行计算．

解答 解：（1）根据盖斯定律，乙烯水化制乙醇的反应应是2CO₂（g）+3H₂O（l）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H=+1366.8kJ/mol
和2CO₂（g）+2H₂O（l）═C₂H₄（g）+3O₂（g）△H=+1411.0kJ/mol的差，故C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH（l）△H=-44.2 kJ/mol，
故答案为：C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH（l）△H=-44.2 kJ/mol；
（2）①温度一定时，提高氢碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，相当于增加氢气的量，增加氢气的量能够使二氧化碳的转化率增大，故答案为：增大；
②从表中数据看出：温度越高，二氧化碳的转化率越小，升高温度化学平衡向着吸热方向，即向着使二氧化碳的转化率减小的方向（逆向）进行，故正向是放热反应，故答案为：放；
（3）a、化学平衡常数=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$（固体和纯溶剂不列入表达式），K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}$，故a正确；
b、H₂的平均反应速率=$\frac{△c（{H}_{2}）}{△t}$=0.3mol/（l•min），而不是3mol/（l•s），选项单位错误，故b错误；
c、甲醇的浓度为0.2mol/L，生成的物质的量为0.4mol，则消耗掉的二氧化碳为0.4mol，所以二氧化碳物质的转化率=$\frac{变化量}{起始量}$×100%=$\frac{0.4mol}{1mol}$×100%=40%，故c错误；
d、混合气体的密度=$\frac{混合气体质量}{体积}$，混合气体的质量遵循质量守恒，任何状态下质量均是定值，此反应又是在固定容积为2L的密闭容器中发生，所以体积在任何状态下均是定值，所以密度在任何状态下均是定值，故d错误，故答案为：bcd；
（4）根据乙醇燃料电池的结构示意图可以看出a极为失去电子的极，失电子的极为负极，在燃料电池中燃料作负极，氧气在正极上放电，
故答案为：乙醇；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（5）根据碳酸钙沉淀的溶度积表达式Ksp=[Ca²⁺][CO₃^2-]，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，则混合溶液中生成沉淀所需Ca²⁺的最小浓度c=$\frac{Ksp}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{2.8×1{0}^{-5}}{2×1{0}^{-4}}$=1.4×10^-5mol/L，
故答案为：1.4×10^-5mol/L．

点评 本题考查了学生对电化学和化学平衡知识的掌握，主要是热化学方程式书写、化学平衡影响因素、反应速率的计算分析、原电池原理和溶度积常数计算，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度中等．