Question

8．I．工業(yè)上有一種用CO₂來生產(chǎn)甲醇燃料的方法：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
將6mol CO₂和8mol H₂充入2L的密閉容器中，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖1所示（實線）．圖中數(shù)據(jù)a（1，6）表示：在1min時H₂的物質(zhì)的量是6mol．

（1）a點正反應速率大于（填“大于”“等于”或“小于”）逆反應速率．其化學平衡常數(shù)K=$\frac{1}{2}{L}^{2}/mo{l}^{2}$
（2）僅改變某一實驗條件再進行兩次實驗測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中虛線所示．曲線I對應的實驗條件改變是升高溫度，體積不變再充入3molCO₂和4mol H₂，H₂O（g）的體積分數(shù)增大
（填“增大”“不變”或“減小”）
Ⅱ．某實驗小組欲探究反應速率與溫度的關系，現(xiàn)有1mol/L的KI溶液、0.1mol/L的H₂SO₄溶液、淀粉溶液，則實驗時這幾種試劑的加入順序為：KI溶液、淀粉溶液、0.1mol/L的H₂SO₄溶液；
反應的方程式為4H⁺+4I^-+O₂=2I₂+2H₂O
Ⅲ．粗鎳樣品中含F(xiàn)e、Zn、Ag、Cu等四種金屬雜質(zhì)，為獲得高純度的鎳，某興趣小組同學擬用鉛蓄電池為電源，粗鎳及石墨為電極，電解硝酸鎳溶液對粗鎳進行提純．（已知，氧化性：Fe²⁺＜Ni²⁺＜Cu²⁺）
（1）電解結(jié)束后，陽極附近產(chǎn)生的沉淀物的主要成分為Ag、Cu（填化學式）．
（2）若按圖2所示連接對鉛蓄電池進行充電．充電一段時間后，B電極上的電極反應式為PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-．充電完畢，鉛蓄電池的正極是B極（填“A”或“B”）．
（3）如用甲烷燃料電池為電源，在25℃、101kPa時，若CH₄在氧氣中直接燃燒生成1mol水蒸氣放熱401kJ，而l g水蒸氣轉(zhuǎn)化成液態(tài)水放熱2.445kJ，則表示CH₄燃燒熱的熱化學方程式為CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.02kJ/mol．

Answer 1

分析 I．（1）a點時未到化學反應的平衡，此時反應向正反應方向進行著，因此v_正＞v_逆，反應為CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），其平衡常數(shù)為$K=\frac{c（{H}_{2}O）c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}$，代入平衡濃度計算即可；
（2）僅改變某一實驗條件再進行兩次實驗測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化的關系，根據(jù)反應的焓變△H＜0，反應向氣體數(shù)減少的方向進行，結(jié)合常用的影響化學平衡的方法分析：改變壓強，改變溫度，增加物質(zhì)的量等等；體積不變再充入3molCO₂和4mol H₂，增加了反應物濃度，使化學平衡向正反應方向移動；
II．KI溶液在硫酸提供的酸性環(huán)境下，被氧氣氧化成單質(zhì)碘，碘單質(zhì)遇到淀粉變藍，通常利用此性質(zhì)檢驗碘，從而判斷反應速率的快慢；
III．（1）電解池中，與電源正極相連的一極是陽極，陽極上發(fā)生的反應為物質(zhì)失去電子被氧化，還原性越強的金屬，優(yōu)先失去電子被氧化，按照金屬活動性順序分析；
（2）B電極為陽極，陽極發(fā)生的反應是物質(zhì)失去電子被氧化，按圖2裝置對鉛蓄電池充電，則在陽極發(fā)生的反應是PbSO₄失去電子，生成PbO₂，于此寫出電極反應式；B電極充電完成后，產(chǎn)物是PbO₂，放電時，PbO₂需要變成PbSO₄，這一個過程Pb得到電子被還原，做原電池的正極；
（3）在25℃、101kPa時，若CH₄在氧氣中直接燃燒生成1mol水蒸氣放熱401kJ，而l g水蒸氣轉(zhuǎn)化成液態(tài)水放熱2.445kJ，據(jù)此可以寫出兩個熱化學方程式，根據(jù)蓋斯定律求總反應方程式，即生成液態(tài)水時反應的焓變．

解答 解：I．（1）根據(jù)圖象可知，在a點時，反應沒有達到化學平衡，此時反應朝著正反應方向進行著，則有v_正＞v_逆；發(fā)生的反應為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），其反應的平衡常數(shù)為$K=\frac{c（{H}_{2}O）c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}$，平衡時，根據(jù)圖象和反應的方程式可知，$c（{H}_{2}）=\frac{2}{2}=1mol/L$，$c（C{O}_{2}）=\frac{6-6×\frac{1}{3}}{2}=2mol/L$，$c（C{H}_{3}OH）=\frac{6×\frac{1}{3}}{2}=1mol/L$，$c（{H}_{2}O）=\frac{6×\frac{1}{3}}{2}=1mol/L$，分別代入平衡常數(shù)可求得$K=\frac{1mol×1mol}{（1mol/L）^{3}×2mol/L}=\frac{1}{2}{L}^{2}/mo{l}^{2}$．
故答案為：大于，$\frac{1}{2}{L}^{2}/mo{l}^{2}$；
（2）根據(jù)圖象，已知反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），其焓變△H＜0，反應向氣體數(shù)減少的方向進行，即體系混亂度降低，則熵變△S＜0，觀察曲線1，達到平衡的時間縮短，且平衡時候向右進行的程度沒有改變條件之前的大，可考慮改變的條件為升高溫度；體積不變再充入3molCO₂和4mol H₂，增大了反應物濃度，化學平衡向正反應方向移動，生成更多的H₂O（g），而容器體積不變，顯然H₂O（g）的體積分數(shù)增大．
故答案為：升高溫度，增大；
II．KI溶液在硫酸提供的酸性環(huán)境下，被氧氣氧化成單質(zhì)碘，碘單質(zhì)遇到淀粉變藍，通常利用此性質(zhì)檢驗碘，從而判斷反應速率的快慢，所以應先加入淀粉溶液，后加入0.1mol/LH₂SO₄溶液，反應的離子方程式為：4H⁺+4I^-+O₂=2I₂+2H₂O．
故答案為：淀粉溶液；0.1mol/LH₂SO₄溶液；4H⁺+4I^-+O₂=2I₂+2H₂O；
III．（1）電解池中，與電源正極相連的一極是陽極，陽極上發(fā)生的反應為物質(zhì)失去電子被氧化，還原性越強的金屬，優(yōu)先失去電子被氧化，已知氧化性：Fe²⁺＜Ni²⁺＜Cu²⁺，而粗鎳樣品中含F(xiàn)e、Zn、Ag、Cu等四種金屬雜質(zhì)，金屬離子的氧化性越強，則金屬的還原性越弱，結(jié)合金屬活動性順序表，優(yōu)先沉淀的應為Ag、Cu．故答案為：Ag、Cu；
（2）電解池中，與電源正極相連的一極是陽極，則B極為陽極，陽極發(fā)生的反應是物質(zhì)失去電子被氧化，按圖2裝置對鉛蓄電池充電，則在陽極發(fā)生的反應是PbSO₄失去電子，生成PbO₂，電極反應方程式為：PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；B電極充電完成后，產(chǎn)物是PbO₂，放電時，PbO₂需要變成PbSO₄，這一個過程Pb得到電子被還原，做原電池的正極，因此B電極也是鉛蓄電池原電池的正極．
故答案為：PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；B；
（3）如用甲烷燃料電池為電源，在25℃、101kPa時，若CH₄在氧氣中直接燃燒生成1mol水蒸氣放熱401kJ，此反應的熱化學方程式為：①CH₄（g）+O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-802kJ/mol，l g水蒸氣轉(zhuǎn)化成液態(tài)水放熱2.445kJ，即$\frac{1}{18}mol$水蒸氣轉(zhuǎn)化為水放熱2.445kJ，此反應的熱化學方程式為：②H₂O（g）=H₂O（l）△H₂=-44.01kJ/mol，表示CH₄燃燒熱的方程式為CH₄（g）+O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），此反應可由①+②×2可得，則由蓋斯定律，此反應的焓變?yōu)椤鱄=△H₁+2△H₂=-802-2×44.01=890.02kJ/mol，因此表示CH₄燃燒熱的熱化學方程式為CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.02kJ/mol．
故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.02kJ/mol．

點評 本題考查化學平衡的移動，平衡常數(shù)的計算，碘單質(zhì)的檢驗，氧化還原反應，電解原理和原電池原理以及熱化學方程式的書寫．需注意，實驗平衡常數(shù)需帶單位計算．本題考查知識點綜合，題目難度不大，是基礎題．