Question

【題目】碳元素及其化合物與人類的生活、生產息息相關，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=+1360 kJ·mol-1

12(C3H6O3)(s)+12e- = C6H12O6(s，葡萄糖)+6C5H10O4(s)+3O2(g) △H=-1200 kJ·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：___________。

（2）工業煉鐵時有如下副反應：Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) △H>0。某溫度時，把 Fe 和CO2 放入體積固定的容器中，CO2 的起始濃度為 2.0 molL-1，達到平衡后，CO 的濃度為 1.0 molL-1，則該溫度下，該反應的平衡常數 K=_________。如果平衡后通入一定量的 CO，建立新平衡后，CO2 的物質的量分數將________。（填編號）

A．增大 B．減少 C．不變 D.無法判定

（3）利用 H2 和 CO2 在一定條件下可以合成乙烯：6H2（g）＋2CO2（g） CH2＝CH2（g）＋4H2O（g）。在體積為 1L 的恒容容器中，投料為 3mol H2 和 1mol CO2 時，不同溫度對 CO2 的平衡轉化率及催化劑的催化效率的影響如下圖所示。

下列有關說法不正確．的是______（填序號）。

A.平衡常數大小：M＞N

B.反應物活化分子百分數大小：M＞N

C.其他條件不變，若不使用催化劑，則 250℃時 CO2 的平衡轉化率可能位于點M1

D.其他條件不變，若投料改為 4mol H2 和 1mol CO2 時，則 250℃時 CO2 的平衡轉化率可能位于點M2

（4）將 CO2 與 H2 按物質的量之比為 1:3 通入恒溫恒容密閉容器中，控制條件，使其發生反應： CO2 (g)+3H 2(g) CH3 OH(g)+H2 O(g) △H = -49.2kJ·mol-1，得到甲醇的體積分數與時間的關系如上圖所示。保持其它條件不變，t1 時再向容器中加入一定量物質的量之比為 1:3 的 CO2 與 H2 混合氣，t2 時再次達到平衡，請在上圖畫出 t1～t3 時間內甲醇體積分數隨時間的變化曲線。 ___________

（5）以多孔石墨為陽極，以 NaCl 和 NaOH 的混合溶液作電解液，用電解法由甲烷制取甲醇。寫 出 陽 極 的 電 極 反 應 式 ：_________。

（6）25℃時，將 a molL-1 的 CH3COOH 溶液與 b molL-1 的 NaOH 溶液等體積混合，溶液恰好呈中性， 則電離平衡常數Ka（CH3COOH）=__________。

Answer 1

【答案】6CO2（g）+6H2O（l）=C6H12O6（s,葡萄糖）+6O2（g） △H=+2880 kJ·mol-1 1.0 C B、C CH4-2e-+2OH-=CH3OH+H2O b×10-7/(a-b)

【解析】

（1）利用蓋斯定律求算用二氧化碳和水合成葡萄糖并放出氧氣的熱化學方程式；

（2）通過“三行式”法計算平衡常數；

（3）依據在體積為 1L 的恒容容器中6H2（g）＋2CO2（g） CH2＝CH2（g）＋4H2O（g）及圖象曲線變化分析各選項的正確性；

（4）由于CO2 (g)+3H 2(g) CH3 OH(g)+H2O(g)是在恒容的容器中進行且氣體體積減小的可逆反應，所以再向容器中加入一定量物質的量之比為 1:3 的 CO2 與 H2 混合氣，相當于增大壓強，平衡向正向移動；

（5）以多孔石墨為陽極，以 NaCl 和 NaOH 的混合溶液作電解液，用電解法由甲烷制取甲醇，在陽極CH4失去電子，在堿性條件下生成CH3OH；

（6）向amol/L CH3COOH溶液中滴加等體積的bmol/L氫氧化鈉溶液恰好使溶液呈中性,所以c(H+)=c(OH-)=mol/L,根據溶液中電荷守恒c(Na+)c(H+)=c(OH-)c(CH3COO-),因為等體積混合所以此時溶液中c(Na+)c(CH3COO-)=b/2mol/L,c(CH3COOH)=(a-b)/2mol/L,反應后溶液中CH3COOH的電離常數k=c(H+)c(CH3COO-)/c(CH3COOH)。

（1）①2CO2(g)+2H2O(l)+2C5H10O4(s) = 4(C3H6O3)(s)+O2(g)+4e- △H=+1360 kJ·mol-1

②12(C3H6O3)(s)+12e- = C6H12O6(s，葡萄糖)+6C5H10O4(s)+3O2(g) △H=-1200 kJ·mol-1 ，依蓋斯定律3①②得6CO2（g）+6H2O（l=C6H12O6（s,葡萄糖）+6O2（g）△H=+2880 kJ·mol-1；

本題答案為：6CO2（g）+6H2O（l=C6H12O6（s,葡萄糖）+6O2（g）△H=+2880 kJ·mol-1 。

(2)設CO2 的變化濃度為xmol/L, 則有：

Fe(s)+ CO2(g)FeO(s) +CO(g)

起始 2 0

變化 x x

平衡 2-x x

由題可知：x= 1.0 molL-1,所以平衡常數K=c(CO)/c(CO2)==1.0；其他條件不變，由于該反應是前后氣體物質的量不變的反應，通入CO建立新平衡后，CO2 的物質的量分數不變；

本題答案為：1.0 ，C。

（3）A.由圖象可以看出，溫度升高CO2的轉化率減小，說明升高溫度平衡逆向移動，平衡常數減小，故A正確；

B.溫度越高分子的能量越大，活化分子百分數越大，故B錯誤；

C.用催化劑只能改變化學反應速率，不能使平衡移動，故C錯誤；

D.其他條件不變，增大H2的通入量，CO2的轉化率增大，故D正確；

本題答案為：BC。

（4）由于反應CO2 (g)+3H 2(g) CH3 OH(g)+H2 O(g)，是在恒容的容器中進行且氣體體積減小的可逆反應，所以再向容器中加入一定量物質的量之比為 1:3 的 CO2 與 H2 混合氣，相當于增大壓強，平衡向正向移動，甲醇的體積分數增加；故圖像應為：

本題答案為：。

（5）以多孔石墨為陽極，以 NaCl 和 NaOH 的混合溶液作電解液，用電解法由甲烷制取甲醇，在陽極CH4失去電子，在堿性條件下生成CH3OH；電極反應式為：CH4-2e-+2OH-=CH3OH+H2O；

本題答案為：CH4-2e-+2OH-=CH3OH+H2O。

（6）向amol/L CH3COOH溶液中滴加等體積的bmol/L氫氧化鈉溶液恰好使溶液呈中性,所以c(H+)=c(OH-)=mol/L,根據溶液中電荷守恒c(Na+)c(H+)=c(OH-)c(CH3COO-),因為等體積混合，此時溶液中c(Na+)c(CH3COO-)=b/2mol/L,c(CH3COOH)=(a-b)/2mol/L,反應后溶液中CH3COOH的電離常數k=c(H+)c(CH3COO-)/c(CH3COOH)=（mol/Lb/2mol/L）÷(a-b)/2mol/L= [b×10-7/(a-b)] mol/L，電離常數只和溫度有關所以Ka=K=[b×10-7/(a-b)]mol/L；

本題答案為：b×10-7/(a-b)。