题目内容

(13分)按要求完成下列各小题。
(1)用CO2来生产燃料甲醇的反应原理:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),某些化学键的键能数据如下表:
化学键
C-C
C-H
H-H
C-O
C=O
H-O
键能/kJ·mol-1
348
413
436
358
750
463
计算反应上述反应的焓变△H=_______________________
写出上述反应的平衡常数表达式K=__________________,若升高温度,则平衡常数K________(填“增大”或“减小”或“不变”)。该反应的△S______0(填“>”或“<”或“=”),在 _________(填“较高”或“较低”)温度下有利于该反应自发进行。
(2)在25℃下,向浓度均为0.01 mol?L-1的MgCl2和AlCl3混合溶液中逐滴加入氨水,先生成__________沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式为________________。
(已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,Ksp[Al(OH)3]=3×10-34。)
(3)某温度(t℃)时,测得0.01mol·L-1的NaOH溶液的pH=11。在此温度下,将pH=2的H2SO4溶液VaL与pH=12的NaOH溶液VbL混合,若所得混合液为中性,则Va︰Vb=              。
(4)在25℃时,将cmol·L-1的醋酸溶液与0.02mol·L-1NaOH溶液等体积混合后溶液刚好呈中性,用含c的代数式表示CH3COOH的电离常数Ka=____________________。
(13分)
(1) -178 kJ·mol-1 (2分), (1分),减小(1分),<(1分),较低(1分)
(2)Al(OH)3(1分)   Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+ (2分)
(3)10:1 (2分)
(4)2×10—9/(c—0.02) (2分)

试题分析:(1)反应热就是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值,所以根据键能可知,该反应的反应热是△H=750kJ/mol×2+436kJ/mol×3-413kJ/mol3-463kJ/mol×3-358kJ/mol=-178kJ/mol;化学常数是在一定条件下的可逆反应中,当可逆反应反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据反应的方程式可知,该反应的平衡常数是K=;正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小;根据方程式可知,正反应是体积减小的,所以△S小于0;根据△G=△H-T·△S可知,要使反应是自发的,则△G必需小于0,所以反应在较低的温度下是自发的。
(2)根据溶度积常数的表达式可知,生成氢氧化镁沉淀时需要的OH-浓度是;同样可知生成氢氧化铝沉淀时需要的OH-浓度是,所以首先生成的是氢氧化铝沉淀,反应的离子方程式是Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+。
(3)0.01mol·L-1的NaOH溶液的pH=11,所以溶液中氢离子浓度是1×10-11mol/L,而OH-浓度是0.01mol/L,则该温度下水的离子积常数Kw=10。pH=2的H2SO4溶液VaL与pH=12的NaOH溶液VbL混合,若所得混合液为中性,则,所以Va︰Vb=10:1。
(4)cmol·L-1的醋酸溶液与0.02mol·L-1NaOH溶液等体积混合后溶液刚好呈中性,所以根据电荷守恒可知、而溶液中氢离子浓度是1×10-7mol/L.根据物料守恒可知,溶液中醋酸的浓度是0.5c-0.01,所以该温度下醋酸的电离常数Ka==2×10—9/(c—0.02)。
点评:在利用水的离子积常数进行有关计算时,必需注意水的离子积常数与温度有关系,由于电离是吸热的,所以水的离子积常数随温度的升高而增大,只有在常温常压下pH=7的溶液才是显酸性的;同样平衡常数、溶度积常数以及电离平衡常数都是只与温度有关系的,且是在达到平衡状态对应的常数,所以在进行有关计算需要特别注意。
练习册系列答案
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(12分)甲醇是一种新型的汽车动力燃料,工业上可通过CO和H2化合制备甲醇,该反应的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ⊿H
已知某些化学键的键能数据如下表:
化学键
C—C
C—H
H—H
C—O
C≡O
H—O
键能/kJ·mol-1
348
413
436
358
1072
463
请回答下列问题:
(1)已知CO中的C与O之间为叁键连接,该反应的⊿H =        ;
(2)某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应,在容积固定为2L的密闭容器内充入1molCO和2molH2,加入合适催化剂(体积可以忽略不计)后在250°C开始反应,并用压力计监测容器内压强的变化如下:
反应时间/min
0
5
10
15
20
25
压强/MPa
12.6
10.8
9.5
8.7
8.4
8.4
则从反应开始到20min时,以CO表示的平均反应速率=      ,该温度下平衡常数K=         ,若升高温度则K值          (填“增大”、“减小”或“不变”);
(3)下列描述中能说明上述反应已达平衡的是         ;
A、容器内气体的平均摩尔质量保持不变
B、2v(H2)正=v(CH3OH)逆
C、容器中气体的压强保持不变                
D、单位时间内生成nmolCO的同时生成2nmolH2
(4)甲醇-空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池,其工作原理示意图如右,该燃料电池的电池反应式为2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l),则负极的电极反应式为                                。

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