Question

【題目】化學原理是中學化學學習的重要內容。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反應生成CH4的熱化學方程式是__________________________。

②有人設想以N2和H2為反應物，以溶有A的稀鹽酸為電解質溶液，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式是________，A是____。

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

①從反應開始至平衡時，用CO表示化學反應速率為________，該溫度下的平衡常數為__；

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（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，反應后，溶液呈中性，則醋酸的電離常數為_______（用含有a、b字母的代數式表示）。

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的燃燒熱的熱化學方程式，根據蓋斯定律進行計算△H；

②電池中氫氣失電子,在負極發(fā)生氧化反應,氮氣得電子在正極發(fā)生還原反應,氨氣與HCl反應生成氯化銨,則電解質溶液為氯化銨；

（2）①10min時反應到達平衡，平衡時CO為0.4mol、甲醇為0.6mol、氫氣為0.8mol，根據v=c/t計算v(CO)，根據K=c(CH3OH)/c(CO)×c2(H2)計算平衡常數。

②反應物持續(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，電離程度不大，NaOH是強電解質，完全電離，反應生成的乙酸鈉是強堿弱酸鹽水解呈堿性,如溶液呈中性,需少加堿；根據溶液呈中性c（H+）=c（OH﹣），并結合電荷守恒進行解答。

②呈中性則c（H+）=c（OH﹣）=10-7mol/L，c（Na+）=c（CH3COO﹣）=bmol/L，據此進行平衡常數的計算。

（1）①甲烷的燃燒熱為890.3kJ/mol，熱化學方程式①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.3 kJ/mol；H2的燃燒熱為285.8kJ/mol，熱化學方程式為②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)，△H=﹣285.8kJ/mol；根據蓋斯定律可知：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該電池的本質反應是合成氨反應,電池中氫氣失電子,在負極發(fā)生氧化反應,氮氣得電子在正極發(fā)生還原反應,則正極反應式為：N2+8H++6e﹣=2NH4+；氨氣與HCl反應生成氯化銨，則電解質溶液為氯化銨溶液；
因此，本題正確答案是: N2+8H++6e﹣=2NH4+；氯化銨。

(2)①10min時反應到達平衡,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的量未變，而后反應速率加快,反應物的量持續(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: 反應受熱或使用了催化劑。

（3）①醋酸是弱電解質，電離程度不大，NaOH是強電解質，完全電離,反應生成的乙酸鈉是強堿弱酸鹽，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，此時V的取值小于20.00 mL；溶液呈中性，c（H+）=c（OH﹣），根據電荷守恒：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)。