Question

8．（1）將1.8g碳置于2.24L（標準狀況）O₂中充分燃燒，至全部反應物耗盡，測得放出熱量30.65kJ，已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.0kJ•mol^-1綜合上述信息，請寫出CO完全燃燒的熱化學方程式2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566KJ/mol．
（2）光氣（COCl₂）是一種重要的化工原料，用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、聚酯類材料的生產(chǎn)，工業(yè)上通過Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）△H＜0制備．如圖1為某次模擬實驗研究過程中容積為1L的密閉容器內各物質的濃度隨時間變化的曲線．回答下列問題：
①若保持溫度不變，在第8min加入體系中的三種物質個1mol，則平衡向反應正方向移動（填“向反應正方向”、“向逆反應方向”或“不”）；
②若將初始投料濃度變?yōu)閏（Cl₂）=0.8mol/L、c（CO）=0.6mol/L、c（COCl₂）=0.4mol/L，保持反應溫度不變則最終達到化學平衡時，Cl₂的體積分數(shù)與上述第6min時Cl₂的體積分數(shù)相同；
③比較第8秒反應溫度T（8）與第15min反應溫度T（15）的高低：T（8）＜T（15）（填“＜”、“＞”、或“=”）
（3）將燃煤廢氣中的CO₂轉化為二甲醚的反應原理為：
2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）．
①已知一定條件下，該反應中CO₂的平衡轉化率隨溫度、投料比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{0}_{2}）}$]的變化曲線如圖2．在其他條件不變時，請在圖3中畫出平衡時CH₃OCH₃的體積分數(shù)隨投料比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{0}_{2}）}$]變化的曲線圖；
②二甲醚（CH₃OCH₃）燃料電池可以提升能量利用率．二甲醚酸性介質燃料電池的負極反應式為CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺．
（4）常溫下將amol•L^-1的醋酸與bmol•L^-1Ba（OH）₂溶液等體積混合，充分反應后，溶液中存在2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），則混合溶液中醋酸的電離常數(shù)Ka=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7（ 含a和b的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 （1）n（C）=$\frac{1.8g}{12g/mol}$=0.15mol，n（O₂）=$\frac{2.24L}{22.4mol/L}$=0.1mol，結合反應C+O₂=CO₂，2C+O₂=2CO定量關系分析判斷反應生成的產(chǎn)物，n（C）：n（O₂）=0.15：0.1=3：2，所以生成氣體為CO和CO₂的混合氣體，碳和氧氣全部反應，利用直平法寫出反應的熱化學方程式為：3C（s）+2O₂（g）=2CO（g）+CO₂（g），1.8g木炭置于2.24L（標準狀況）氧氣中充分燃燒，至反應物耗盡，測得放出熱量30.65kJ，3molC全部反應放熱30.65KJ/mol×20=613KJ/mol；
3C（s）+2O₂（g）=2CO（g）+CO₂（g）△H=-30.65KJ/mol×20=613KJ/mol，
根據(jù)C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.0kJ．mol^-1，結合蓋斯定律計算得到CO完全燃燒生成二氧化碳的熱化學方程式；
（2）①根據(jù)平衡常數(shù)和濃度商判斷平衡移動；
②根據(jù)最終達到化學平衡時，Cl₂的體積分數(shù)與上述第6min時Cl₂的體積分數(shù)相同即與開始平衡為等效平衡，結合恒溫恒壓對于Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）轉化到一邊一模一樣等效來計算；
③根據(jù)圖象，第8min反應處于平衡狀態(tài)，在第10分鐘時是改變溫度使平衡向逆反應方向移動，結合升溫平衡向逆反應方向移動來判斷；
（3）①根據(jù)化學方程式的系數(shù)進行回答；根據(jù)溫度和壓強對化學平衡常數(shù)的影響：放熱反應：升高溫度，K減小，反之K增大；吸熱反應：升高溫度，K增大，反之K減��；
②原電池負極發(fā)生氧化反應，二甲醚在負極放電，酸性條件下生成二氧化碳，據(jù)此解答即可；
（4）溶液等體積混合溶質濃度減少一半，醋酸電離平衡常數(shù)與濃度無關，結合概念計算，通常狀況下，將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba（OH）₂溶液等體積混合，溶液中溶質為醋酸鋇和氫氧化鋇，反應平衡時，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸電離平衡常數(shù)依據(jù)電離方程式寫出K．

解答 解：（1）n（C）=$\frac{1.8g}{12g/mol}$=0.15mol，n（O₂）=$\frac{2.24L}{22.4mol/L}$=0.1mol，結合反應C+O₂=CO₂，2C+O₂=2CO定量關系分析判斷反應生成的產(chǎn)物，n（C）：n（O₂）=0.15：0.1=3：2，所以生成氣體為CO和CO₂的混合氣體，碳和氧氣全部反應，1.8g木炭置于2.24L（標準狀況）氧氣中充分燃燒，至反應物耗盡，測得放出熱量30.65kJ，3molC全部反應放熱30.65KJ/mol×20=613KJ/mol；
反應的熱化學方程式為：
①3C（s）+2O₂（g）=2CO（g）+CO₂（g）△H=-613KJ/mol
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-392.0kJ．mol^-1，
結合蓋斯定律計算，②×3-①得到CO完全燃燒生成二氧化碳的熱化學方程式；
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566KJ/mol；
故答案為：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566KJ/mol；
（2）①8min時，平衡時c（Cl₂）=0.3mol/L、c（CO）=0.1mol/L、c（COCl₂）=0.9mol/L，
 即K=$\frac{0.9}{0.3×0.1}$=30．容器體積為1L，在第8min再加入體系中的三種物質各1mol，Qc=$\frac{0.9+1}{（0.3+1）×（0.1+1）}$=1.33＜K，所以平衡向正反應方向移動，故答案為：向反應正方向；
②因為最終達到化學平衡時，Cl₂的體積分數(shù)與上述第6min時Cl₂的體積分數(shù)相同即與開始平衡為等效平衡，又對于Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）恒溫恒壓轉化到一邊一模一樣才等效，所以有Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）
                狀態(tài)1   1.2      1.0       0
                狀態(tài)2   0.8       0.6       c
最終達到化學平衡時，狀態(tài)2Cl₂的體積分數(shù)與狀態(tài)1 第6min時Cl₂的體積分數(shù)相同，所以c=0.4mol/L，故答案為：0.4；       
③根據(jù)圖象，第8min反應處于平衡狀態(tài)，在第10分鐘時是改變溫度使平衡向逆反應方向移動，又由④升溫平衡向逆反應方向移動，所以T（8）＜T（15），
故答案為：＜；
（3）①CH₃OCH₃的體積分數(shù)隨投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而增大，根據(jù)反應知道當體積比是3的時候，甲醚的體積分數(shù)最大，如下圖所示：
，故答案為：；
②原電池負極發(fā)生氧化反應，二甲醚在負極放電，酸性條件下生成二氧化碳，電極反應式為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
（4）通常狀況下，將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba（OH）₂溶液等體積混合，溶液中溶質為醋酸鋇和氫氧化鋇，反應平衡時，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸電離平衡常數(shù)依據(jù)電離方程式寫出K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7；
用含a和b的代數(shù)式表示該混合溶液中醋酸的電離常數(shù)為$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7；
故答案為：$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7．

點評 本題涉及化學方程式、熱化學方程式的書寫和化學平衡圖象的有關計算，意在考查考生對反應熱、化學平衡等化學反應原理掌握的情況，難度中等．