Question

17．“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了全世界的普遍重视．所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题．
（1）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为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
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①实验1中以v （CO₂） 表示的反应速率为0.13mol/（L．min）； （取小数二位，下同）．
②该反应为吸（填“吸”或“放”）热反应，实验2条件下平衡常数K=$\frac{1}{6}$．
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol．
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置． 
①该电池正极的电极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的化学方程式为2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O．
（4）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^-4mo1/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为5.6×10^-5mol/L．

Answer 1

分析 （1）①实验1中6s到达平衡，消耗CO物质的量为4mol-2.4mol=1.6mol，由方程式开始生成二氧化碳为1.6mol，再根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算v （CO₂）；
②实验1等效为先在实验2的基础上压强增大一倍，平衡不移动，平衡时氢气为实验2中的2倍，即为0.8mol，然后再降低温度，氢气物质的量增大为1.6mol，说明升高温度平衡正向移动；
计算平衡时各组分物质的量，反应前后气体体积不变，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；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
根据盖斯定律，①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2可得：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l），反应热也进行相应的计算；
（3）①正极发生还原反应，氧气在正极获得电子，碱性条件下生成水；
②本质是甲醇燃烧生成二氧化碳与水，生成的二氧化碳与KOH反应生成碳酸钾与水，电解质溶液的pH减小；
（4）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答 解：（1）①实验1中6s到达平衡，消耗CO物质的量为4mol-2.4mol=1.6mol，由方程式开始生成二氧化碳为1.6mol，则v （CO₂）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{6s}$=0.13mol/（L．min），
故答案为：0.13mol/（L．min）；
②实验1等效为先在实验2的基础上压强增大一倍，平衡不移动，平衡时氢气为实验2中的2倍，即为0.8mol，然后再降低温度，氢气物质的量增大为1.6mol，说明升高温度平衡正向移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故正反应为吸热反应；
实验2平衡时，生成氢气为0.4mol，则：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：2      1       0        0
变化量（mol）：0.4    0.4     0.4      0.4
平衡量（mol）：1.6    0.6     0.4      0.4
反应前后气体体积不变，用物质的量代替浓度计算，故K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=$\frac{1}{6}$，
故答案为：吸；$\frac{1}{6}$；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
根据盖斯定律，①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol；
（3）①正极发生还原反应，氧气在正极获得电子，碱性条件下生成水，正极电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②本质是甲醇燃烧生成二氧化碳与水，生成的二氧化碳与KOH反应生成碳酸钾与水，电解质溶液的pH减小，该电池总反应的化学方程式为：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，
故答案为：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O；
（4）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^-5mol/L．

点评 本题考查化学平衡计算、热化学方程式书写、原电池、溶度积计算等，（4）为易错点，学生容易将混合溶液中钙离子浓度当中氯化钙溶液浓度．