Question

5．碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一种理想，更是一种值得期待的新的生活方式．
（1）将CO₂与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等．
①已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
则CO还原Fe₂O₃的热化学方程式为Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol；
②氯化钯（PdCl₂）溶液常被应用于检测空气中微量CO．PdCl₂被还原成单质，反应的化学方程式为PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（2）将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入C₃H₈和O₂构成丙烷燃料电池．
①负极电极反应式是：C₃H₈+26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；
②某同学利用丙烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe（OH）₂的实验装置（如下图所示），通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色．下列说法中正确的是ABD（填序号）
A．电源中的a一定为正极，b一定为负极
B．可以用NaCl溶液作为电解液
C．A、B两端都必须用铁作电极
D．阴极发生的反应是：2H⁺+2e^-=H₂↑
（3）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
		H2O	CO	CO2
1	650	2	4	1.6	5
2	900	1	2	0.4	3
3	900	1	2	0.4	1

①该反应的正反应为放（填“吸”或“放”）热反应；
②实验2中，平衡常数K=$\frac{1}{6}$；
③实验3跟实验2相比，改变的条件可能是使用了催化剂或增大了压强（答一种情况即可）．

Answer 1

分析 （1）①已知：Ⅰ．Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
Ⅱ．C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
根据盖斯定律，①-②×3可得：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）；
②PdCl₂被还原成单质，CO被氧化为CO₂，由元素守恒可知还生成HCl；
（2）①负极发生氧化反应，丙烷在负极失去分子，碱性条件下生成碳酸根离子与水；
②通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色，生成的氢气将装置中原有氧气溢出，所以氢气从B端阴极析出，A电极则是铁做阳极失去电子生成亚铁离子；
（3）①实验2中起始物质的量为实验1中的一半，若温度相等，为等效平衡，反应气体气体体积不变，平衡时同种组分的转化率相等，故二氧化碳为0.8mol，由于升高温度，实验2中二氧化碳为0.4mol＜0.8mol，故升高温度平衡逆向移动；
②计算平衡时各组分物质的量，由于反应气体气体物质的量不变，用物质的量代替浓度代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$计算平衡常数；
③实验3跟实验2相比，起始温度、浓度均相同，且平衡浓度相同，但实验3的反应速率大，反应前后气体体积不变，则可能使用了催化剂或增大了压强等．

解答 解：（1）①已知：Ⅰ．Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
Ⅱ．C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
根据盖斯定律，①-②×3可得：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol，
故答案为：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol；
②PdCl₂被还原成单质，CO被氧化为CO₂，由元素守恒可知还生成HCl，反应方程式为：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl，
故答案为：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（2）①负极发生氧化反应，丙烷在负极失去分子，碱性条件下生成碳酸根离子与水，负极电极反应式为：C₃H₈+26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O，
故答案为：C₃H₈+26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；
②通通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色，生成的氢气将装置中原有氧气溢出，所以氢气从B端阴极析出，A电极则是铁做阳极失去电子生成亚铁离子．
A．电源中的a与A相连，则a为正极，b与B相连，则b为负极，故A正确；
B．可以用NaCl溶液作为电解液，阴极氢离子放电生成碱，故B正确；
C．B的电极材料任选，而A电极一定为Fe，故C错误；
D．阴极氢离子放电，其电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，故D正确；
故答案为：ABD；
（3）①实验2中起始物质的量为实验1中的一半，若温度相等，为等效平衡，反应气体气体体积不变，平衡时同种组分的转化率相等，故二氧化碳为0.8mol，由于升高温度，实验2中二氧化碳为0.4mol＜0.8mol，故升高温度平衡逆向移动，故正反应为放热反应，
故答案为：放热；
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1        2       0       0 
变化量（mol）：0.4      0.4     0.4     0.4
平衡量（mol）：0.6      1.6     0.4     0.4
由于反应气体气体物质的量不变，用物质的量代替浓度计算平衡常数，故K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{0.6×1.6}$=$\frac{1}{6}$，
故答案为：$\frac{1}{6}$；
③实验3跟实验2相比，温度相同，浓度相同，但实验3达到平衡所用时间少，反应速率更大，但平衡状态没有发生移动，应是使用了催化剂，又由于反应前后气体体积不变，则增大了压强，平衡也不移动，也可能为压强的增大，
故答案为：使用了催化剂或增大了压强．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、盖斯定律应用、电化学等，题目综合性较强，对基础知识掌握、分析解决问题能力要求较高，题目难度中等．