Question

（本題16分）降低大氣中CO₂的含量和有效地開發利用CO₂正成為研究的主要課題。
（1）已知在常溫常壓下：
① 2CH₃OH(l) ＋ 3O₂(g) ＝ 2CO₂(g) ＋ 4H₂O(g)  ΔH ＝－1275.6 kJ/mol
② 2CO (g)+ O₂(g) ＝ 2CO₂(g)  ΔH ＝－566.0 kJ/mol
③ H₂O(g) ＝ H₂O(l)  ΔH ＝－44.0 kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式：                     。
（2）在容積為2L的密閉容器中，充入2mol CO₂和6mol H₂，在溫度500℃時發生反應：
CO₂（g）+ 3H₂（g）CH₃OH（g）+ H₂O（g） △H<0。CH₃OH的濃度隨時間變化如圖。回答有關問題：

①從反應開始到20分鐘時，H₂的平均反應速率v(H₂)＝_________________。
②從30分鐘到35分鐘達到新的平衡，改變的條件可能是             。
A. 增大壓強    B.加入催化劑   C.升高溫度    D.增大反應物的濃度 
③列式計算該反應在35分鐘達到新平衡時的平衡常數(保留2位小數)
④如果在30分鐘時,再向容器中充入2mol CO₂和6mol H₂，保持溫度不變，達到新平衡時，CH₃OH的濃度____________1mol.L^-1(填“>”、“<”或“=”)。
（3）一種原電池的工作原理為：2Na₂S₂ + NaBr₃ Na₂S₄ + 3NaBr。用該電池為電源，以氫氧化鉀水溶液作電解質進行電解，使CO₂在銅電極上可轉化為甲烷。
①該電池負極的電極反應式為：                                              。
②電解池中產生CH₄一極的電極反應式為：                                     。
（4）下圖是NaOH吸收CO₂后某種產物的水溶液在pH從0至14的范圍內H₂CO₃、HCO₃^－、CO₃^2－三種成分平衡時的組成分數。

下列敘述正確的是             。
A．此圖是1.0 mol·L^-1碳酸鈉溶液滴定1.0 mol·L^-1 HCl溶液的滴定曲線
B．在pH分別為6.37及10.25時，溶液中c(H₂CO₃)=c(HCO₃^－)=c(CO₃^2－)
C．人體血液的pH約為7.4，則CO₂在血液中多以HCO₃^－形式存在
D．若用CO₂和NaOH反應制取NaHCO₃，宜控制溶液的pH為7～9之間

Answer 1

31.答案（16分）
（1）CH₃OH(l)+ O₂(g) ＝ CO(g) + 2H₂O(l)   ΔH＝﹣442.8 kJ∕mol  (2分)
（2）①0.15 mol/(L·min) （2分）
②D （2分） ③0.15 mol^-2.L²（2分）  ④> （2分）
（3）①2S₂^2- - 2e^-=S₄^2-  (2分)    ②CO₂+8e^－+6H₂O=CH₄+8OH^－（2分）
（4）CD （2分）

試題分析： （1）根據已知方程式和蓋斯定律可得，甲醇不完全燃燒的化學方程式=（①-②+4×③）/2，所以方程式為CH₃OH(l)+ O₂(g) ＝ CO(g) + 2H₂O(l)  ΔH＝﹣442.8 kJ∕mol。
（2）①v(H₂)＝3 v(CH₃OH)＝0.075 mol/(L·min)
②從30分鐘到35分鐘的過程中，甲醇的濃度瞬間沒有增大，而是逐漸增大，所以該時刻改變的條件不可能是增大壓強；由于加催化劑不能改變甲醇的濃度，所一不可能是加入了催化劑；升高溫度平衡左移，甲醇濃度減小，所以C錯誤；故只能是增大了反應物的濃度，使平衡逐漸右移，甲醇濃度逐漸增大，達到新的平衡，故選D。
③因為在35分鐘時改變的條件是增大了反應物濃度，所以沒有改變溫度，所以達到新平衡時的平衡常數與原平衡常數相等，因此有： CO₂（g）+ 3H₂（g）CH₃OH（g）+ H₂O（g）
初始濃度（mol/L）:          1         3              0         0
轉化濃度（mol/L）:          0.5       1.5            0.5       0.5
平衡濃度（mol/L）:          0.5       1.5            0.5       0.5
所以平衡常數K=c(CH₃OH) c(H₂O)/ c(CO₂) c³(H₂)=" 0.5×" 0.5 / 0.5× 1.5³ ≈0.15 mol^-2.L² .
④在30min再充入等量的反應物，相當于增大了壓強，平衡要正向移動，所以達到新平衡后甲醇的濃度比原來平衡時甲醇濃度的2倍還大，因此CH₃OH的濃度大于1mol.L^-1 。
（3）①從所給的原電池反應式可以看出S的化合價升高，所以Na₂S₂ 做氧化劑在負極失去電子被還原，所以反應式為2S₂^2- - 2e^-=S₄^2- 。
②電解池中由CO2生成CH4，可以看出生成甲烷的電極是陰極，發生還原反應，由于是堿性環境，所以式子中少O的一端生成OH-，所以電極反應式為：CO₂+8e^－+6H₂O=CH₄+8OH^－ 。
（4）由圖象可以看出，開始H₂CO₃濃度最大，CO₃^2-濃度最小，圖象為在碳酸中逐滴滴加氫氧化鈉溶液的圖象，故A錯誤； pH為6.37時，c（H₂CO₃）=c（HCO₃^-），pH=10.25時，c（HCO₃^-）=c（CO₃^2-），但三者的濃度不相等，故B錯誤； pH為7.4時，HCO₃^-的最大，則當人體血液的pH約為7.4，則CO₂在血液中多以HCO₃^-的形式存在，故C正確；溶液的pH為7～9之間時，溶液中的陰離子主要以HCO₃^-形式存在，所以溶液中的溶質主要為碳酸氫鈉，故D正確；因此選CD。