Question

10．碳及其含碳化合物在人们的生产生活中应用广泛．
（1）将不同量的CO₂（g）和H₂（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g），得到如表三组数据；

实验组	温度℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需 时间/min
		CO2	H2	H2	C2H5OH
1	650	2	6.8	2.0	0.8	6
2	900	2	4.4	2.0	0.4	3
3	900	4	8.8	C	d	t

①实验1中以v（H₂）表示的反应速率为0.4mol/（L．min）
②900℃化学平衡常数为0.12，第3组与第2组相比CO₂的转化率增大（填“增大”“减小”“不变”不能确定）．
（2）将CH₄设计成燃料电池，其利用率更高，装置示意如图（A、B为多孔性碳棒）．持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL．
①0＜V≤44.8L时，电池总反应方程式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O
②44.8L＜V≤89.6L时，负极电极反应为CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-
③V=67.2L时，溶液中离子浓度大小关系为c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）①实验1中6min到达平衡，平衡时消耗氢气为（6.8-2）mol=4.8mol，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；
②900℃平衡时氢气为2mol、乙醇为0.4mol，则：
            2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）
起始量（mol）：2        4.4        0           0
变化量（mol）：0.8      2.4        0.4         1.2
平衡量（mol）：1.2      2          0.4         1.2
再根据K=$\frac{c（{C}_{2}{H}_{5}OH）×{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}）}$计算化学平衡常数；第3组等效为第2组平衡的基础上增大压强，平衡正向移动；
（2）①n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，该装置是燃料电池，负极上甲烷失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应，根据原子守恒得0＜n（CO₂）≤1mol，二氧化碳不足量，则反应生成碳酸钾；
②根据原子守恒得2mol＜n（CO₂）≤4mol，反应生成碳酸氢钾；
③当V=33.6L时，n（CO₂）=1.5mol，设碳酸钾的物质的量为x、碳酸氢钾的物质的量为y，根据K原子、C原子守恒得$\left\{\begin{array}{l}{x+y=1.5}\\{2x+y=2}\end{array}\right.$，解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.5}\\{y=1}\end{array}\right.$，溶液中碳酸根、碳酸氢根离子水解，溶液呈碱性，碳酸根离子水解程度大于碳酸氢根离子．

解答 解：（1）①实验1中6min到达平衡，平衡时消耗氢气为（6.8-2）mol=4.8mol，v（H₂）=$\frac{\frac{4.8mol}{2L}}{6min}$=0.4mol/（L．min），故答案为：0.4mol/（L．min）；
②900℃平衡时氢气为2mol、乙醇为0.4mol，则：
           2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）
起始量（mol）：2        4.4        0           0
变化量（mol）：0.8      2.4        0.4         1.2
平衡量（mol）：1.2      2          0.4         1.2
900℃平衡常数K=$\frac{c（{C}_{2}{H}_{5}OH）×{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.2×0．{6}^{3}}{0．{6}^{2}×{1}^{6}}$=0.12；
第3组等效为第2组平衡的基础上增大压强，平衡正向移动，CO₂的转化率增大，
故答案为：0.12；增大；
（2）①n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，该装置是燃料电池，负极上甲烷失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应，根据原子守恒得0＜n（CO₂）≤1mol，二氧化碳不足量，则反应生成碳酸钾，电池总反应方程式为：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，
故答案为：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②根据原子守恒得2mol＜n（CO₂）≤4mol，反应生成碳酸氢钾，负极反应式为CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-，
故答案为：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-；
③当V=33.6L时，n（CO₂）=1.5mol，设碳酸钾的物质的量为x、碳酸氢钾的物质的量为y，根据K原子、C原子守恒得$\left\{\begin{array}{l}{x+y=1.5}\\{2x+y=2}\end{array}\right.$，解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.5}\\{y=1}\end{array}\right.$，溶液中碳酸根、碳酸氢根离子水解，溶液呈碱性，碳酸根离子水解程度大于碳酸氢根离子，所以溶液中离子浓度大小顺序为：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评 本题考查化学平衡计算与影响元素、原电池、离子浓度大小比较等，侧重考查学生分析计算能力，难度中等．