Question

19．研究碳、硼元素的单质及其化合物具有重要意义．回答下列问题：
（1）合成甲醇是合理利用CO₂的有效途径．已知下列反应：
反应Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.58kJ•mol^-1
反应Ⅱ：CO （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂
反应Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₃=-90.77kJ•mol^-1
①△H₂=-41.19kJ•mol^-1．
②一定条件下，向1L恒容密闭容器中，充入一定量的CO （g）和H₂O（g）发生反应Ⅱ．当分别以下列两种方式充入时，实验测得反应体系中CO的平衡转化率与温度的关系曲线如图1所示．
方式A：n（H₂O）=3mol，n（CO）=3mol          方式B：n（H₂O）=3mol，n（CO）=5mol

分析上述曲线，曲线 I表示方式A（填写“A”、“B”）；700K时，反应Ⅱ的平衡常数K=0.125；700K时，若向上述容器中充入2molH₂O和4mol CO、2molCO₂、x molH₂，要使反应在开始时正向进行，则x应满足的条件是0＜x＜0.5．
（2）硼酸（H₃BO₃）是生产其它硼化物的基本原料．H₃BO₃可以通过电解的方法制备，工作原理如图2所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）．
①写出阳极的电极反应式4OH^--e^-=2H₂O+O₂↑．
②已知常温下，一元酸H₃BO₃的电离常数为K=5.8×10^-10，H₂CO₃的电离常数为K₁=4.4×10^-7、K₂=4.7×10^-11．若向盛有饱和硼酸溶液的试管中，滴加0.1mol•L^-1 Na₂CO₃溶液，不能（填“能”或“不能”）观察到气泡逸出．
③硼酸钠[NaB（OH）₄]溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c[B（OH）₄^-]＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）①依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
②图象分析相同温度下，两种反应物，增大一种物质的量会提高另一种物质的转化率，结合三行式进行计算，化学反应的平衡常数K各个生成物平衡浓度系数次方的乘积和各个反应物平衡浓度系数次方乘积的比值，据此计算；
（2）①根据阳极中阴离子为B（OH）₄^-和氢氧根离子判断放电能力强弱，所以氢氧根离子放电；
②H₃BO₃的电离常数为5.8×10^-10，H₂CO₃的电离常数为K₁=4.4×10^-7，因5.8×10^-10＜4.4×10^-7，所以不能观察到气泡逸出；
③硼酸钠[NaB（OH）₄]是强碱弱酸盐，溶液中B（OH）₄^-水解溶液显碱性；

解答 解：（1）①反应Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.58kJ•mol^-1
反应Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）?CO （g）+H₂O（g）△H₂
反应Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₃=-90.77kJ•mol^-1
根据盖斯定律，反应Ⅱ可以是Ⅰ-Ⅲ得到，所以反应Ⅱ的焓变△H₂=（-49.58kJ•mol^-1）-（-90.77kJ•mol^-1）=+41.19 kJ•mol^-1 ，
故答案为：+41.19 kJ•mol^-1；
②方式A：n（H₂O）=3mol，n（CO）=3mol，方式B：n（H₂O）=3mol，n（CO）=5mol，二者比较B相当于增大一氧化碳的量，转化率小于A，所以曲线 I代表A的投料，
在温度为700K的条件下，充入3mol H₂O和5mol CO，该反应达到平衡，一氧化碳的转化率是20%，体积为1L，
         CO （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始浓度：5        3         0         0
变化浓度：1        1         1         1
平衡浓度：4        2         1         1
该温度下，反应I的平衡常数K=$\frac{1×1}{4×2}$=0.125，
700K时，若向上述容器中充入2molH₂O和4mol CO、2molCO₂、x molH₂，要使反应在开始时正向进行，浓度分别为2mol/L，4mol/L，2mol/L，xmol/L，若使反应在开始时正向进行，浓度商Qc=$\frac{x×2}{2×4}$＜K=0.125
x=0.5
则x应满足的条件是0＜x＜0.5
故答案为：A，0.125，0＜x＜0.5；
（2）①根据阳极中阴离子为B（OH）₄^-和氢氧根离子判断放电能力强弱，所以氢氧根离子放电，电极反应式为：4OH^--e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案为：4OH^--e^-=2H₂O+O₂↑；
②H₃BO₃的电离常数为5.8×10^-10，H₂CO₃的电离常数为K₁=4.4×10^-7，因5.8×10^-10＜4.4×10^-7，所以不能观察到气泡逸出，
故答案为：不能；          
③硼酸钠[NaB（OH）₄]是强碱弱酸盐，溶液中B（OH）₄^-水解溶液显碱性，溶液中离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c[B（OH）₄^-]＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c[B（OH）₄^-]＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评 本题综合考查学生盖斯定律的应用、化学反应速率的计算、化学平衡移动的影响因素等知识，属于综合知识的考查，难度较大．