Question

【題目】化學(xué)原理是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容。請回答下列問題：

（1）①己知：CH4、H2的燃燒熱（△H）分別為﹣890.3kJ/mol、﹣285.8kJ/mol，則CO2和H2反應(yīng)生成CH4的熱化學(xué)方程式是__________________________。

②有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖所示，電池正極的電極反應(yīng)式是________，A是____。

（2）甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上可用合成氣制備甲醇，反應(yīng)為CO（g）+2H2（g）CH3OH（g），某溫度下在容積為2L的密閉容器中進(jìn)行該反應(yīng)，其相關(guān)數(shù)據(jù)見圖：

①從反應(yīng)開始至平衡時，用CO表示化學(xué)反應(yīng)速率為________，該溫度下的平衡常數(shù)為__；

②5min至10min時速率變化的原因可能是__________________；

（3）①常溫下，將V mL、0.1000mol/L氫氧化鈉溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol/L醋酸溶液中，充分反應(yīng)（忽略溶液體積的變化）；如果溶液pH=7，此時V的取值___20.00（填“＞”、“=”或“＜”），溶液中c（Na+）、c（CH3COO﹣）、c（H+）、c（OH﹣）的大小關(guān)系是_____________________；

②常溫下，將a mol/L的醋酸與b mol/L的氫氧化鈉溶液等體積混合，反應(yīng)后，溶液呈中性，則醋酸的電離常數(shù)為_______（用含有a、b字母的代數(shù)式表示）。

Answer 1

【答案】CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（l）△H=﹣252.9 kJ/mol N2+8H++6e﹣=2NH4+ 氯化銨 0.03mol/（Lmin） 75/8 反應(yīng)受熱或使用了催化劑 ＜ c（Na+）=c（CH3COO﹣）＞c（H+）=c（OH﹣） 10—7b/(a-b)

【解析】

（1）①分別寫出CH4、H2的燃燒熱的熱化學(xué)方程式，根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算△H；

②電池中氫氣失電子,在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng),氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨,則電解質(zhì)溶液為氯化銨；

（2）①10min時反應(yīng)到達(dá)平衡，平衡時CO為0.4mol、甲醇為0.6mol、氫氣為0.8mol，根據(jù)v=c/t計(jì)算v(CO)，根據(jù)K=c(CH3OH)/c(CO)×c2(H2)計(jì)算平衡常數(shù)。

②反應(yīng)物持續(xù)減小，生成物持續(xù)增多，速率加快，改變的條件可以是升溫或加入催化劑；

（3）①溶液的酸堿性是根據(jù)溶液中氫離子濃度與氫氧根離子濃度的相對大小判斷的,只要溶液中c（H+）=c（OH﹣），溶液就呈中性；醋酸是弱電解質(zhì)，電離程度不大，NaOH是強(qiáng)電解質(zhì)，完全電離，反應(yīng)生成的乙酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽水解呈堿性,如溶液呈中性,需少加堿；根據(jù)溶液呈中性c（H+）=c（OH﹣），并結(jié)合電荷守恒進(jìn)行解答。

②呈中性則c（H+）=c（OH﹣）=10-7mol/L，c（Na+）=c（CH3COO﹣）=bmol/L，據(jù)此進(jìn)行平衡常數(shù)的計(jì)算。

（1）①甲烷的燃燒熱為890.3kJ/mol，熱化學(xué)方程式①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.3 kJ/mol；H2的燃燒熱為285.8kJ/mol，熱化學(xué)方程式為②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)，△H=﹣285.8kJ/mol；根據(jù)蓋斯定律可知：②×4-①可得：CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（l）△H=-285.8×4+890.3=﹣252.9 kJ/mol；所以CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（l）△H=﹣252.9 kJ/mol；綜上所述，本題答案是：CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（l）△H=﹣252.9 kJ/mol。

②該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng),電池中氫氣失電子,在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng),則正極反應(yīng)式為：N2+8H++6e﹣=2NH4+；氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨溶液；
因此，本題正確答案是: N2+8H++6e﹣=2NH4+；氯化銨。

(2)①10min時反應(yīng)到達(dá)平衡,平衡時CO為0.4mol、甲醇為0.6mol、氫氣為0.8mol,則v(CO)=(1-0.4)/(2×10)=0.03mol/（Lmin）；平衡常數(shù)K=c(CH3OH)/c(CO)×c2(H2)= (0.6/2)/[0.4/2×(0.8/2)2]=75/8；

因此，本題正確答案是：0.03mol/（Lmin）， 75/8。

②5min時刻瞬間各組分的物質(zhì)的量未變，而后反應(yīng)速率加快,反應(yīng)物的量持續(xù)減小，生成物的量持續(xù)增大，可能是使用了催化劑或升高了溫度；
因此，本題正確答案是: 反應(yīng)受熱或使用了催化劑。

（3）①醋酸是弱電解質(zhì)，電離程度不大，NaOH是強(qiáng)電解質(zhì)，完全電離,反應(yīng)生成的乙酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，水解呈堿性，如果溶液呈中性pH=7，需少加堿，所以常溫下, 將V mL、0.1000mol/L氫氧化鈉溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol/L醋酸溶液中，充分反應(yīng)，此時V的取值小于20.00 mL；溶液呈中性，c（H+）=c（OH﹣），根據(jù)電荷守恒：c(Na+)+ c(H+)= c(CH3COO－)+ c(OH－)，所以c（Na+）=c（CH3COO﹣）；由于溶液中的溶質(zhì)為乙酸鈉溶液，水的電離是微弱的,所以溶液中c（Na+）、c（CH3COO﹣）、c（H+）、c（OH﹣）的大小關(guān)系：c（Na+）=c（CH3COO﹣）＞c（H+）=c（OH﹣）；綜上所述，本題答案是：＜，c（Na+）=c（CH3COO﹣）＞c（H+）=c（OH﹣）。

②反應(yīng)后溶液呈中性則c（H+）=c（OH）=10-7mol/L，c（Na+）=c（CH3COO﹣）=bmol/L，則醋酸的電離常數(shù)為=c(H+)c(CH3COO-)/c(CH3COOH)=10-7×b/(a-b)= 10—7b/(a-b)；

綜上所述，本題答案是：10—7b/(a-b)。