Question

2．碳元素的單質(zhì)及其化合物與人類的生產(chǎn)、生活、科研息息相關(guān)．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(xué)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(yīng)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(yīng)，10min后反應(yīng)達(dá)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(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=100．
②若容器容積不變，下列措施可增加CH₃OH產(chǎn)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(qiáng)增大    D．再充入O.10mol H₂和0.05mol CO
③若該反應(yīng)達(dá)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(xué)平衡常數(shù)K不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）已知反應(yīng)：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H＜0，根據(jù)原電池原理該反應(yīng)能否設(shè)計成燃料電池．若能，請寫出當(dāng)電解質(zhì)溶液為KOH溶液時的負(fù)極反應(yīng)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(xué)方程式計算得到所需的熱化學(xué)方程式，利用熱化學(xué)方程式的加減消去不需要的物質(zhì)，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(xué)平衡移動原理，增加甲醇產(chǎn)率，即使化學(xué)平衡正向移動即可；
③根據(jù)壓強(qiáng)對化學(xué)平衡的影響分析；根據(jù)影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素分析；
（3）依據(jù)反應(yīng)中元素化合價變化判斷反應(yīng)是否為自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)可以設(shè)計成原電池反應(yīng)，燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)合電荷守恒書寫電極反應(yīng)；

解答 解：（1）已知熱化學(xué)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(xué)方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$CO（g）?$\frac{1}{2}$CH₃OH（g）△H=-45kJ•mol^-1 可知，當(dāng)反應(yīng)掉1mol氫氣時，放熱45KJ，故當(dāng)放出熱量3.632kJ時，反應(yīng)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(xué)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(yīng)是放熱的，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，會減小甲醇產(chǎn)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(chǎn)率，故B正確；
C、充入He，使體系總壓強(qiáng)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(chǎn)率，故C錯誤；
D、再充入0.05mol CO和0.1molH₂，增大壓強(qiáng)，平衡右移，有利提高甲醇的產(chǎn)率，故D正確；
故選BD，
故答案為：BD；
③該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，把容器的體積縮小一半，增大了反應(yīng)體系的壓強(qiáng)，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)方向移動；化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，
故答案為；正向；不變；
（3）已知反應(yīng)：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H＜0，反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，可以設(shè)計原電池反應(yīng)，CO在負(fù)極失到電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)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(yīng)用、化學(xué)平衡的有關(guān)計算、原電池電極反應(yīng)應(yīng)用等綜合知識，注意知識的遷移和應(yīng)用是關(guān)鍵，難度中等．