Question

16．“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（1）═C₂H₅OH（1）△H=-44.2kJ/mol．
（2）在一定条件下，6H₂（g）+2CO₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）．

温度（K） CO2转化率（%） $\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$	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[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]，CO₂的转化率：增大（填“增大”“减小”“不变”）．
②该反应的正反应为放热（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cd．
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+2H₂O+4e^-=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5.6×10^-5mo1/L．

Answer 1

分析 （1）已知：①2CO₂（g）+2H₂O（1）═C₂H₄（g）+3O₂（g）△H=+1411.0kJ/mol
②2CO₂（g）+3H₂O（1）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H=+1366.8kJ/mol
根据盖斯定律，②-①可得：C₂H₄（g）+H₂O（1）═C₂H₅OH（1）；
（2）①温度一定时，提高氢碳比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]，有利于平衡正向移动；
②氢碳比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]一定时，升高温度二氧化碳的转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动；
（3）a．化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
b.2min末该反应达到平衡，测得CH₃OH的浓度为0.2mol/L，则氢气浓度变化量为0.2mol/L×3=0.6mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；
c．二氧化碳的浓度为0.2mol/L，根据n=cV计算消耗二氧化碳物质的量，再计算二氧化转化率判断；
d．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体密度为定值；
（4）由示意图可知，a处电极失去电子，发生氧化反应，应通入乙醇，b处电极通入氧气，获得电子，发生还原反应生成氢氧根离子；
（5）等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4ol/L，则混合后Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4ol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）=2.8×10^-9计算c（Ca²⁺），溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答 解：（1）已知：①2CO₂（g）+2H₂O（1）═C₂H₄（g）+3O₂（g）△H=+1411.0kJ/mol
②2CO₂（g）+3H₂O（1）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H=+1366.8kJ/mol
根据盖斯定律，②-①可得：C₂H₄（g）+H₂O（1）═C₂H₅OH（1）△H=-44.2kJ/mol，
故答案为：C₂H₄（g）+H₂O（1）═C₂H₅OH（1）△H=-44.2kJ/mol；
（2）①温度一定时，提高氢碳比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]，有利于平衡正向移动，CO₂的转化率增大，故答案为：增大；
②氢碳比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]一定时，升高温度二氧化碳的转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故答案为：放热；
（3）a．化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出，3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常数表达式为k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{3}（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}$，故a正确；
b.2min末该反应达到平衡，测得CH₃OH的浓度为0.2mol/L，则氢气浓度变化量为0.2mol/L×3=0.6mol/L，v（H₂）=$\frac{0.6mol/L}{2min}$=0.3mol/（L．min），故b正确；
c．二氧化碳的浓度为0.2mol/L，消耗二氧化碳物质的量为0.2mol/L×2L=0.4mol，二氧化转化率为$\frac{0.4mol}{1mol}$×100%=40%，故c错误；
d．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体密度为定值，密度不变不能说明到达平衡，故d错误，
故选：cd；
（4）由示意图可知，a处电极失去电子，发生氧化反应，应通入乙醇，b处电极通入氧气，获得电子，发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：乙醇；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（5）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=$\frac{1}{2}$×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=$\frac{2.8×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-4}}$mol/L=2.8×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L．
故答案为：5.6×10^-5mo1/L．

点评 本题考查比较综合，涉及盖斯定律应用、化学平衡计算与影响因素、平衡状态判断、原电池、溶度积有关计算等，（5）中计算为易错点，学生容易将混合溶液中钙离子浓度认为是原溶液中氯化钙的浓度．