Question

5．碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一種理想，更是一種值得期待的新的生活方式．
（1）將CO₂與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等．
①已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
則CO還原Fe₂O₃的熱化學(xué)方程式為Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol；
②氯化鈀（PdCl₂）溶液常被應(yīng)用于檢測(cè)空氣中微量CO．PdCl₂被還原成單質(zhì)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（2）將兩個(gè)石墨電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入C₃H₈和O₂構(gòu)成丙烷燃料電池．
①負(fù)極電極反應(yīng)式是：C₃H₈+26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；
②某同學(xué)利用丙烷燃料電池設(shè)計(jì)了一種電解法制取Fe（OH）₂的實(shí)驗(yàn)裝置（如下圖所示），通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長(zhǎng)時(shí)間不變色．下列說(shuō)法中正確的是ABD（填序號(hào)）
A．電源中的a一定為正極，b一定為負(fù)極
B．可以用NaCl溶液作為電解液
C．A、B兩端都必須用鐵作電極
D．陰極發(fā)生的反應(yīng)是：2H⁺+2e^-=H₂↑
（3）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		H2O	CO	CO2
1	650	2	4	1.6	5
2	900	1	2	0.4	3
3	900	1	2	0.4	1

①該反應(yīng)的正反應(yīng)為放（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)；
②實(shí)驗(yàn)2中，平衡常數(shù)K=$\frac{1}{6}$；
③實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，改變的條件可能是使用了催化劑或增大了壓強(qiáng)（答一種情況即可）．

Answer 1

分析 （1）①已知：Ⅰ．Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
Ⅱ．C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-②×3可得：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）；
②PdCl₂被還原成單質(zhì)，CO被氧化為CO₂，由元素守恒可知還生成HCl；
（2）①負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，丙烷在負(fù)極失去分子，堿性條件下生成碳酸根離子與水；
②通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長(zhǎng)時(shí)間不變色，生成的氫氣將裝置中原有氧氣溢出，所以氫氣從B端陰極析出，A電極則是鐵做陽(yáng)極失去電子生成亞鐵離子；
（3）①實(shí)驗(yàn)2中起始物質(zhì)的量為實(shí)驗(yàn)1中的一半，若溫度相等，為等效平衡，反應(yīng)氣體氣體體積不變，平衡時(shí)同種組分的轉(zhuǎn)化率相等，故二氧化碳為0.8mol，由于升高溫度，實(shí)驗(yàn)2中二氧化碳為0.4mol＜0.8mol，故升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
②計(jì)算平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，由于反應(yīng)氣體氣體物質(zhì)的量不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
③實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，起始溫度、濃度均相同，且平衡濃度相同，但實(shí)驗(yàn)3的反應(yīng)速率大，反應(yīng)前后氣體體積不變，則可能使用了催化劑或增大了壓強(qiáng)等．

解答 解：（1）①已知：Ⅰ．Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
Ⅱ．C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-②×3可得：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol，
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol；
②PdCl₂被還原成單質(zhì)，CO被氧化為CO₂，由元素守恒可知還生成HCl，反應(yīng)方程式為：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl，
故答案為：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（2）①負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，丙烷在負(fù)極失去分子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：C₃H₈+26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O，
故答案為：C₃H₈+26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；
②通通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長(zhǎng)時(shí)間不變色，生成的氫氣將裝置中原有氧氣溢出，所以氫氣從B端陰極析出，A電極則是鐵做陽(yáng)極失去電子生成亞鐵離子．
A．電源中的a與A相連，則a為正極，b與B相連，則b為負(fù)極，故A正確；
B．可以用NaCl溶液作為電解液，陰極氫離子放電生成堿，故B正確；
C．B的電極材料任選，而A電極一定為Fe，故C錯(cuò)誤；
D．陰極氫離子放電，其電極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，故D正確；
故答案為：ABD；
（3）①實(shí)驗(yàn)2中起始物質(zhì)的量為實(shí)驗(yàn)1中的一半，若溫度相等，為等效平衡，反應(yīng)氣體氣體體積不變，平衡時(shí)同種組分的轉(zhuǎn)化率相等，故二氧化碳為0.8mol，由于升高溫度，實(shí)驗(yàn)2中二氧化碳為0.4mol＜0.8mol，故升高溫度平衡逆向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：放熱；
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1        2       0       0 
變化量（mol）：0.4      0.4     0.4     0.4
平衡量（mol）：0.6      1.6     0.4     0.4
由于反應(yīng)氣體氣體物質(zhì)的量不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{0.6×1.6}$=$\frac{1}{6}$，
故答案為：$\frac{1}{6}$；
③實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，溫度相同，濃度相同，但實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間少，反應(yīng)速率更大，但平衡狀態(tài)沒(méi)有發(fā)生移動(dòng)，應(yīng)是使用了催化劑，又由于反應(yīng)前后氣體體積不變，則增大了壓強(qiáng)，平衡也不移動(dòng)，也可能為壓強(qiáng)的增大，
故答案為：使用了催化劑或增大了壓強(qiáng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、蓋斯定律應(yīng)用、電化學(xué)等，題目綜合性較強(qiáng)，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)掌握、分析解決問(wèn)題能力要求較高，題目難度中等．