Question

【題目】碳元素形成的有機化合物在動植物體內及人類生存環境中有著相當廣泛的存在，起著非常重要的作用。請結合下列有關含碳化合物的研究，完成下列填空。

（1）為了高效利用能源并且減少CO2的排放，可用下列方法把CO2轉化成甲醇燃料：

①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=akJmol1

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=bkJmol1

③CH3OH(g)=CH3OH(l) △H=ckJmol1

④H2O(g)=H2O(l) △H=dkJmol1

則表示CH3OH(l)燃燒熱的熱化學方程式為___。

（2）用甲醇燃料電池電解處理酸性含鉻廢水(主要含有Cr2O72)，用如圖裝置模擬該過程：

①請完成電解池中Cr2O72轉化為Cr3+的離子方程式___。

②當甲池中消耗甲醇1.6g時，乙池中兩電極的質量差為___g。

（3）葡萄糖和果糖為同分異構體，在一定條件下，C6H12O6（葡萄糖）C6H12O6（果糖） △H﹤0。該反應的速率方程式可表示為v(正)=k(正)c(葡)、v(逆)=k(逆)c(果)，k(正)和k(逆)在一定溫度下為常數，分別稱作正、逆反應速率常數。T1溫度下，k(正)=0.06s1，k(逆)=0.002s1。

①T1溫度下，該反應的平衡常數K1=___。

②該反應的活化能Ea(正)___Ea(逆)(填“大于”、“小于”或“等于”）。

③該T2溫度下，從開始反應到平衡的過程中，葡糖糖的質量分數變化如圖所示。可以確定溫度T2___T1（填“大于”、“小于”或“等于”）。

（4）H2A為二元弱酸。室溫下配制一系列c(H2A)+c(HA)+c(A2)=0.100molL1的H2A與NaOH的混合溶液。測得H2A、HA、A2的物質的量分數c(x)%（c(x)%=×100%）隨pH變化如圖所示。

①當c(Na+)=0.100molL1時，溶液中離子濃度的大小順序為___。

②室溫下，若將0.100molL1的H2A與amolL1的NaOH溶液等體積混合，使溶液的pH=7。則H2A的Ka2=___molL1（用a表示）。

Answer 1

【答案】CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-a-c（或-a+1.5b-c+2d) Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O 8.4 30 小于 大于 c(Na+)﹥c(HA-)﹥c(H+)﹥c(A2-)﹥c(OH-)

【解析】

（1）利用蓋斯定律推算出CH3OH(l)燃燒熱的熱化學方程式；

（2）甲池為甲醇燃料電池，其中M為負極，N為正極；乙池為電解池，乙池中左邊鐵為陽極，右邊的鐵為陰極，陽極產生的Fe2+還原Cr2O72-，將Cr2O72轉化為Cr3+；利用串聯電路中轉移的電子數相等，計算當甲池中消耗甲醇1.6g時，乙池中兩電極的質量差；

（3）①根據速率方程式，當達到平衡時，v(正)= v(逆)，k(正)c(葡) = k(逆)c(果)，該反應的平衡常數K==，然后根據k(正)和k(逆)在一定溫度下的數值，帶入計算；

②根據該反應為放熱反應，故正反應的活化能小于逆反應的活化能；

③根據圖像信息，計算T2溫度下的平衡常數，然后與T1溫度下的平衡常數相比，對應放熱反應而言，溫度越高平衡常數越小；

（4）①當c(Na+)=0.100molL1時，H2A與NaOH恰好反應生成NaHA，結合圖中的信息，溶液中離子濃度的大小；

②由電荷守恒可知，c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(HA-)+2c(A2-)，由物料守恒可知c(H2A)+c(HA)

+c(A2)=0.050molL1，結合圖像信息，計算出c(HA-)、c(A2-)、c(H+)，然后計算H2A的Ka2=。

（1）利用蓋斯定律：1.5×②-①-③+2×④，得CH3OH(l)燃燒熱的熱化學方程式：CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=（-a+1.5b-c+2d) kJmol1；

（2）①乙池中左邊鐵為陽極，其電極反應式為Fe-2e-= Fe2+，Fe2+還原Cr2O72-，將Cr2O72轉化為Cr3+，其反應方程式為Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O；

②1.6gCH3OH的物質的量為=0.05mol，M為負極，其電極反應式為CH3OH-6e-+ H2O= 6H++ CO2↑，n(e-)=6n(CH3OH)=6×0.05mol=0.3mol，串聯電路中轉移的電子數相等，乙池中左邊鐵為陽極，其電極反應式為Fe-2e-= Fe2+，故消耗Fe的物質的量為0.15mol，乙池中左邊鐵消耗的質量為0.15mol×56g/mol=8.4g，右邊的鐵為陰極，電極反應式為2 H++2e-= H2↑，即右邊的鐵電極的質量不變，所以當甲池中消耗甲醇1.6g時，乙池中兩電極的質量差為8.4g；

（3）①根據速率方程式，當達到平衡時，v(正)= v(逆)，k(正)c(葡) = k(逆)c(果)，該反應的平衡常數K=

=，T1溫度下，k(正)=0.06s1，k(逆)=0.002s1，故T1溫度下，K==30；

②室溫下，若將0.100molL1的H2A與amolL1的NaOH溶液等體積混合，使溶液的pH=7，c(H+)=10-7 molL1，由電荷守恒可知，c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(HA-)+2c(A2-)，因為溶液呈中性，c(H+)=c(OH-)，c(Na+)= c(HA-)+2c(A2-)=0.5a molL1，由物料守恒可知c(H2A)+c(HA)+c(A2)

=0.050molL1，結合圖像信息，當溶液呈中性時，c(H2A)比較小，忽略不計，c(A2)=(0.5a-0.050) molL1，c(HA)=(0.1-0.5a) molL1，室溫下，Ka2== =。