Question

3．根据高中所学的化学反应原理解答下面的问题：
（1）下面为CO₂加氢制取低碳醇的热力学数据：
反应Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0  kJ•mol^-1
反应Ⅱ：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ•mol^-1
写出由CH₃OH（g）合成CH₃CH₂OH（g）的热化学反应方程式：2CH₃OH（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-75.6 kJ•mol^-1
（2）工业合成甲醇的反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．
①该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）如下表：

温度/℃	250	350
K	2.041	x

符合表中的平衡常数x的数值是B（填字母序号）．
A.0  B.0.012
C.32.081  D.100
②若装置乙为容积固定的密闭容器，不同时间段各物质的浓度如下表：

	c（CO）	c（H2）	c（CH3OH）
0min	0.8mol•L-1	1.6mol•L-1	0
2min	0.6mol•L-1	y	0.2mol•L-1
4min	0.3mol•L-1	0.6mol•L-1	0.5mol•L-1
6min	0.3mol•L-1	0.6mol•L-1	0.5mol•L-1

反应从2min到4min之间，H₂的平均反应速率为0.3 mol•L^-1•min^-1．反应达到平衡时CO的转化率为62.5%．反应在第2min时改变了反应条件，改变的条件可能是AD（填字母序号）．
A．使用催化剂        B．降低温度         C．增加H₂的浓度        D．升高温度
（3）全钒液流储能电池（VRB）广泛应用于风能、太阳能发电系统的储能系统，电池反应为VO₂⁺+V²⁺+2H⁺VO²⁺+V³⁺+H₂O，试推写出放电时正极的电极反应式VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O．
（4）如图2为某温度下，Fe（OH）₃（s）、Mg（OH）₂（s）分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后，改变溶液的pH，金属阳离子浓度变化情况．据图分析：该温度下，溶度积常数的关系为：Ksp[Fe（OH）₃]＜Ksp[Mg（OH）₂]（填：＞、=、＜）；如果在新生成的Mg（OH）₂浊液中滴入足量的Fe³⁺，振荡后，白色沉淀会全部转化为红褐色沉淀，原因是浊液中存在溶解平衡：Mg（OH）₂Mg²⁺+2OH^-，当加入Fe³⁺后与OH^-生成更难溶解的Fe（OH）₃，使平衡继续向右移动，最后Mg（OH）₂全部溶解转化为红棕色的Fe（OH）₃．

Answer 1

分析 （1）反应Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0 kJ•mol^-1
反应Ⅱ：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅱ-Ⅰ×2可得：2CH₃OH（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g），焓变也进行相应的计算；
（2）①正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，而且因为是可逆反应，平衡常数不可能为0；
②根据表格中CO的浓度变化量可知△c（H₂）=2×（0.6-0.3）mol/L=0.6mol/L，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算H₂的平均反应速率；
4 min时，反应达到平衡，故CO的转化率=$\frac{CO浓度变化量}{CO起始浓度}$×100%；
4min内CO与氢气浓度变化量为0.5mol/L：1mol/L=1：2，等于化学计量数之比，不能是增大氢气浓度，而0～2 min的反应速率比2～4 min的反应速率小，故2 min时可能使用了催化剂或者升高温度；
（3）电池反应为VO₂⁺+V²⁺+2H⁺VO²⁺+V³⁺+H₂O，放电时为原电池，正极发生还原反应，VO₂⁺获得电子酸性条件下生成VO²⁺与H₂O；
（4）由图可知，铁离子、镁离子浓度相同时，再沉淀溶解平衡溶液中氢氧化铁平衡体系中pH更小，即氢氧根离子浓度更小，故氢氧化铁的溶度积更小；新生成的Mg（OH）₂浊液中滴入足量的Fe³⁺后与OH^-生成更难溶解的Fe（OH）₃，使平衡继续向右移动，最后Mg（OH）₂全部溶解转化为Fe（OH）₃．

解答 解：（1）反应Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0 kJ•mol^-1
反应Ⅱ：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅱ-Ⅰ×2可得：2CH₃OH（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-75.6 kJ•mol^-1，
故答案为：2CH₃OH（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-75.6 kJ•mol^-1；
（2）①△H＜0，所以正反应为放热反应，故平衡常数随着温度的升高而降低，x＜2.041，而且因为是可逆反应，平衡常数不可能为0，
故选：B；
②根据表格中CO的浓度变化量可知△c（H₂）=2×（0.6-0.3）mol/L=0.6mol/L，则v（H₂）=$\frac{0.6mol/L}{2min}$=0.3 mol•L^-1•min^-1；
4 min时，反应达到平衡，故CO的转化率=$\frac{（0.8-0.3）mol/L}{0.8mol}$×100%=62.5%；
4min内CO与氢气浓度变化量为0.5mol/L：1mol/L=1：2，等于化学计量数之比，不能是增大氢气浓度，而0～2 min的反应速率比2～4 min的反应速率小，故2 min时可能使用了催化剂或者升高温度；
故答案为：0.3 mol•L^-1•min^-1；62.5%；AD；
（3）电池反应为VO₂⁺+V²⁺+2H⁺VO²⁺+V³⁺+H₂O，放电时为原电池，正极发生还原反应，VO₂⁺获得电子酸性条件下生成VO²⁺与H₂O，电极反应式为VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O：，
故答案为：VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O；
（4）由图可知，铁离子、镁离子浓度相同时，再沉淀溶解平衡溶液中氢氧化铁平衡体系中pH更小，即氢氧根离子浓度更小，故Ksp[Fe（OH）₃]＜Ksp[Mg（OH）₂]，浊液中存在溶解平衡：Mg（OH）₂Mg²⁺+2OH^-，当加入Fe³⁺后与OH^-生成更难溶解的Fe（OH）₃，使平衡继续向右移动，最后Mg（OH）₂全部溶解转化为红棕色的Fe（OH）₃，
故答案为：＜；浊液中存在溶解平衡：Mg（OH）₂Mg²⁺+2OH^-，当加入Fe³⁺后与OH^-生成更难溶解的Fe（OH）₃，使平衡继续向右移动，最后Mg（OH）₂全部溶解转化为红棕色的Fe（OH）₃．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、热化学方程式、电化学、溶度积应用等，（2）中判断2min时改变条件为易错点，学生考虑忽略从等量方面分析，难度中等．