Question

2．碳元素的單質及其化合物與人類的生產、生活、科研息息相關．請回答下列問題：
（1）綠色植物的光合作用吸收CO₂釋放O₂的過程可以描述為以下兩步：
2CO₂（g）+2H₂O（l）+2C₅H₁₀O₄（s）═4（C₃H₆O₃）⁺（s）+O₂（g）+4e^-△H=+1360kJ•mol^-1
12（C₃H₆O₃）⁺（s）+12e^-═C₆H₁₂O₆（s，葡萄糖）+6C₅H₁₀O₄（s）+3O₂（g）△H=-1200kJ•mol^-1
則綠色植物利用二氧化碳和水合成葡萄糖并放出氧氣的熱化學方程式為：2CO₂（g）+2H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（s，葡萄糖）+6O₂（g）△H=+2880kJ•mol^-1
（2）工業(yè)上利用水煤氣合成甲醇的主要反應可表示為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$CO（g）?$\frac{1}{2}$CH₃OH（g）△H=-45.4kJ•mol^-1．向容積為1L的密閉容器中加入0.10mol H₂和0.05mol CO，在一定溫度下發(fā)生上述反應，10min后反應達到平衡狀態(tài)，測得放出熱量3.632kJ．
①該溫度條件下，上述反應的化學平衡常數(shù)K=100．
②若容器容積不變，下列措施可增加CH₃OH產率的是BD （填寫序號）．
A．升高溫度         B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強增大    D．再充入O.10mol H₂和0.05mol CO
③若該反應達到平衡后，保持其它條件不變，若只把容器的體積縮小一半，則平衡向正向（填“逆向”、“正向”或“不”）移動，化學平衡常數(shù)K不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）已知反應：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H＜0，根據(jù)原電池原理該反應能否設計成燃料電池．若能，請寫出當電解質溶液為KOH溶液時的負極反應式（若不能，該空可不作答）：CO-2e^-+2OH^-=CO₂+H₂O．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)蓋斯定律和熱化學方程式計算得到所需的熱化學方程式，利用熱化學方程式的加減消去不需要的物質，注意加減時焓變隨之變化；
（2）①利用三段式來解題；
②據(jù)化學平衡移動原理，增加甲醇產率，即使化學平衡正向移動即可；
③根據(jù)壓強對化學平衡的影響分析；根據(jù)影響化學平衡常數(shù)的因素分析；
（3）依據(jù)反應中元素化合價變化判斷反應是否為自發(fā)進行的氧化還原反應，自發(fā)進行的氧化還原反應可以設計成原電池反應，燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應，結合電荷守恒書寫電極反應；

解答 解：（1）已知熱化學方程式：2CO₂（g）+2H₂O（l）+2C₅H₁₀O₄（s）═4（C₃H₆O₃）⁺（s）+O₂（g）+4e^-△H═+1360kJ•mol^-1 ①
                       12（C₃H₆O₃）⁺（s）+12e^-═C₆H₁₂O₆（S，葡萄糖）+6C₅H₁₀O₄（s）+3O₂（g）△H=-1200kJ•mol^-1②
根據(jù)蓋斯定律，將①×3+②可得：6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ•mol^-1，故答案為：6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ•mol^-1；
（2）①根據(jù)熱化學方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$CO（g）?$\frac{1}{2}$CH₃OH（g）△H=-45kJ•mol^-1 可知，當反應掉1mol氫氣時，放熱45KJ，故當放出熱量3.632kJ時，反應掉的氫氣為0.08mol，根據(jù)三段式：
                     H₂（g）+$\frac{1}{2}$CO（g）?$\frac{1}{2}$CH₃OH（g）
初始C（mol/L）：0.10mol/L     0.05mol/L       0
△C（mol/L）：0.08mol/L      0.04mol/L      0.04mol/L
平衡C（mol/L）：0.02mol/L      0.01mol/L      0.04mol/L
根據(jù)化學平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{\frac{1}{2}}（C{H}_{3}OH）}{c（{H}_{2}）{c}^{\frac{1}{2}}（CO）}$=$\frac{0.04{\\;}^{\frac{1}{2}}}{0.02×0.01{\\;}^{\frac{1}{2}}}$=100，故答案為：100；
②A、該反應是放熱的，升高溫度，平衡逆向進行，會減小甲醇產率，故A錯誤；
B、將CH₃OH（g）從體系中分離，會促使平衡正向移動，提高甲醇的產率，故B正確；
C、充入He，使體系總壓強增大，體積不變，各組分濃度不變，所以平衡不會移動，不會改變甲醇產率，故C錯誤；
D、再充入0.05mol CO和0.1molH₂，增大壓強，平衡右移，有利提高甲醇的產率，故D正確；
故選BD，
故答案為：BD；
③該反應是氣體體積減小的反應，把容器的體積縮小一半，增大了反應體系的壓強，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正反應方向移動；化學平衡常數(shù)只與溫度有關，溫度不變，平衡常數(shù)不變，
故答案為；正向；不變；
（3）已知反應：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H＜0，反應是自發(fā)進行的氧化還原反應，可以設計原電池反應，CO在負極失到電子發(fā)生氧化反應，電極反應為：CO-2e^-+2OH^-=CO₂+H₂O，
故答案為：CO-2e^-+2OH^-=CO₂+H₂O．

點評 本題涉及蓋斯定律的應用、化學平衡的有關計算、原電池電極反應應用等綜合知識，注意知識的遷移和應用是關鍵，難度中等．