Question

（1）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入體積2L的恒容密閉容器中，進行反應CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g），得到如下兩組數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

 
①實驗1中以v(CO₂)表示的平均反應速率為        （第二位小數）。
②該反應為      （填“吸熱”或“放熱”）反應。
③求實驗2的平常常數K，要求寫出計算過程，結果取二位小數。
（2）已知在常溫常壓下：

寫出甲醇不完全燃燒生成CO和液態水的熱化學方程式                         。
（3）甲醇和氧氣完全燃燒的反應可以設計為燃料電池，裝置如圖，該電池通過K₂CO₃溶液吸收反應生的CO₂。則負極的電極反應為              。

（4）CaCO₃的K_SP=2.8×10^¯9。將等體積CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^¯4mol/L，則生成沉淀所需該CaCl₂溶液的最小濃度為        。

Answer 1

（16分）
（1） ①0.13mol/(L·min)   (3分)     ②放熱    (2分)      
③               CO（g）＋H₂O（g）     CO₂（g）＋H₂（g）
起始濃度（mol/L）  1       0.5                 0        0
變化濃度（mol/L）  0.2     0.2                  0.2       0.2
平衡濃度（mol/L）  0.8     0.3                  0.2       0.2
所以，K=（0.2×0.2）/（0.8×0.3）= 0.17  (4分，三行式2分，表達式1分，答案1分)
（2）CH₃OH(l)  +  O₂(g) =" CO(g)" +  2H₂O(l)  （2分）ΔH=－442.8 kJ∕mol  (1分)
（3）CH₃OH － 6e^－  + 7CO₃^2－+ 2H₂O= 8HCO₃^－  (2分)
（4）5.6×10^－5mo1/L （2分）

試題分析：（1）①由于v=△c/△t=△n/(V?△t)，生成物的起始量為0，則可先求v(H₂)=1.6mol÷2L÷6min=0.4/3mol/(L?min)，根據化學方程式中系數之比等于速率之比，則v(CO₂)= v(H₂)= 0.4/3mol/(L?min)≈0.13mol/(L?min)；②③根據表中數據，實驗1中：
CO（g）+H₂O（g）     CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol/L）  2        1                0        0
變化濃度（mol/L）  0.8      0.8               0.8       0.8
平衡濃度（mol/L）  1.2      0.2               0.8       0.8
所以650℃時該反應的K=（0.8×0.8）/（1.2×0.2）= 8/3≈2.7 
實驗2中：
CO（g）+H₂O（g）     CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol/L）  1        0.5               0        0
變化濃度（mol/L）  0.2       0.2              0.2       0.2
平衡濃度（mol/L）  0.8       0.3              0.2       0.2
所以900℃時該反應的K=（0.2×0.2）/（0.8×0.3）= 0.17 
2.7>0.17，說明升高溫度時K減小，前者導致平衡向吸熱反應方向移動，后者說明平衡向逆反應方向移動，則逆反應是吸熱反應，因此推斷正反應是放熱反應；（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳，為了約去二氧化碳，觀察已知熱化學方程式可知，（①—②）/2可得：CH₃OH(l)+O₂(g)=CO(g)+2H₂O(l)  △H=－442.8 kJ∕mol；（3）依題意可知，負極的主要反應物和產物是甲醇和碳酸氫根離子，則CH₃OH→HCO₃^－；甲醇中碳為—2價，則碳元素化合價升高總數為6，根據電子守恒可得：CH₃OH—6e^－→HCO₃^－；根據電荷守恒，用CO₃^2－使左右電荷守恒，則CH₃OH － 6e^－  + 7CO₃^2－→8HCO₃^－；根據氫、氧原子個數守恒，則負極反應式為CH₃OH － 6e^－  + 7CO₃^2－+ 2H₂O= 8HCO₃^－；（4）設所需氯化鈣溶液的最小濃度為xmol/L，根據稀釋定律可知，等體積混合后氯化鈣的濃度變為x/2mol/L，而碳酸鈉溶液的濃度變為2×10^¯4mol/L /2=10^¯4mol/L，則c(Ca²⁺)= x/2mol/L，c(CO₃^2－)= 10^¯4mol/L，由于CaCO₃(s)Ca²⁺+CO₃^2－，則K_sp(CaCO₃)=c(Ca²⁺)?c(CO₃^2－)，所以x/2×10^¯4=2.8×10^¯9，則x=5.6×10^－5。