Question

某固体甲 [成分为M₃Z₂ (OH) _a(CO₃) _b]可用作塑料阻燃剂，该盐分解产生大量的CO₂可以作为原料制备有机产品。取甲46g高温灼烧至恒重，得到11.2L CO₂(标准状况)和22.2g仅含两种金属氧化物的固体乙，其中Z的氧化物既溶于强酸又溶于强碱，向乙中加入足量的稀硫酸所得产物中含有MSO₄。请回答：

（1）甲灼烧至恒重的化学方程式        (M、Z用元素符号表示)。

（2）甲能用作塑料阻燃剂的原因        。

（3）工业上利用CO₂和H₂在一定条件下反应合成甲醇。已知下列反应：

①CO₂(g)+ 3H₂(g)CH₃OH (g)+ H₂O(g)  ΔH₁

② 2H₂ (g)+ O₂(g) ＝ 2H₂O (l)   ΔH₂

③ H₂O(g) ＝ H₂O(l) ΔH₃

写出气态甲醇完全燃烧生成CO₂(g)和气态水的热化学方程式：        (用ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃表示ΔH)。

（4）反应CO₂(g)+ 3H₂(g)CH₃OH (g)+ H₂O(g)，它的有关数据如下图所示。

反应物起始的物质的量之比

下列说法正确的是           。

A．曲线Ⅰ对应的反应物起始物质的量之比为1.5

B．单位时间内消耗H₂的物质的量与消耗H₂O的物质的量之比为3∶1时，反应达到平衡状态

C．a点对应的H₂的平衡转化率为90 %

D．b点对应的平衡常数K值大于c点

（5）反应CO₂(g)+ 3H₂(g)CH₃OH (g)+ H₂O(g) 在体积为2L的固定绝热的密闭容器中加入1 molCH₃OH和1 molH₂O ，第4 min达到平衡，反应中c(CO₂)的变化情况如下图所示。在第5 min时向体系中再充入0.2molCO₂和0.4molH₂(其它条件不变)，第8 min达到平衡，此时c(H₂) ＝c(CH₃OH)。请在下图中画出5到9 min的c(CO₂)浓度示意曲线。

Answer

（1）Mg3Al2(OH)2(CO3)5 3MgO+ Al2O3+5 CO2↑+ H2O↑；（2）甲分解吸热且产生大量二氧化碳；同时还生成耐高温的MgO和Al2O3覆盖在塑料表面；（3）2CH3OH(g) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g) ΔH＝3ΔH2－2ΔH1－6ΔH3；(计量系数与热量对应即可，答案可以是其他)（4）BC；

（5） ；

【解析】

试题分析：（1）11.2L CO2(标准状况)的物质的量为=0.5mol，质量为22g，Z的氧化物既溶于强酸又溶于强碱，z为Al；向乙中加入足量的稀硫酸所得产物中含有MSO4，M的化合价为+2价；46g M3Z2(OH) a(CO3) b高温灼烧至恒重，分解生成水的质量为46g-22g-22.2g=1.8g，物质的量为0.1mol，因此a：b=2：5；2×3+3×2=a+2b，解得：a=2，b=5；设M的相对原子质量为x，M3Z2 (OH) a(CO3) b的物质的量为y，则(x+16)×3y+102×2y=22.2，5y=0.5，解得：x=24，y=0.1，则M为Mg，该化合物的化学式为Mg3Z2(OH)2(CO3) 5，则甲灼烧至恒重的化学方程式为Mg3Al2(OH)2(CO3)5 3MgO+ Al2O3+5 CO2↑+ H2O↑；

（2）甲分解吸热且产生大量二氧化碳；同时还生成耐高温的MgO和Al2O3覆盖在塑料表面，能用作塑料阻燃剂，故答案为：甲分解吸热且产生大量二氧化碳；同时还生成耐高温的MgO和Al2O3覆盖在塑料表面；

（3）①CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH (g)+ H2O(g) ΔH1，

② 2H2 (g)+ O2(g) ＝ 2H2O (l) ΔH2，

③ H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH3，

根据盖斯定律，将②×3-①×2-③×6得：2CH3OH(g) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g) ΔH＝3ΔH2－2ΔH1－6ΔH3，故答案为：2CH3OH(g) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g) ΔH＝3ΔH2－2ΔH1－6ΔH3；

（4）A、根据CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH (g)+ H2O(g)，增大氢气的浓度，二氧化碳的转化率增大，曲线Ⅰ对应的反应物起始物质的量之比为2，故A错误；B、根据方程式，单位时间内消耗H2的物质的量与消耗H2O的物质的量之比为3∶1时，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故B正确；C、根据曲线Ⅰ，假设二氧化碳的物质的量为1mol，平衡时二氧化碳的转化率为60%，反应的二氧化碳为0.6mol，则反应的氢气的物质的量为1.8mol，H2的平衡转化率为×100%=90 %，故C正确；D、根据曲线的变化趋势，温度越高，二氧化碳的转化率越低，表明，升高温度，平衡向逆反应方向移动，K减小，因此b点对应的平衡常数K值小于c点，故D错误；故选BC。

（5）根据图像，反应CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH (g)+ H2O(g) 在体积为2L的固定绝热的密闭容器中加入1 molCH3OH和1 molH2O，平衡时，c(CO2)=0.1mol/L，故容器中含有CO20.2mol，在第5 min时向体系中再充入0.2molCO2和0.4molH2(其它条件不变)，此时c(CO2)==0.2mol/L，c(H2)==0.5mol/L，其它条件不变表示温度不变，K不变，

原平衡：CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH (g)+ H2O(g)

起始 0 0 0.5 0.5

反应 0.1 0.3 0.1 0.1

平衡 0.1 0.3 0.4 0.4

设反应的二氧化碳为x，

新平衡：CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH (g)+ H2O(g)

起始 0.2 0.5 0.4 0.4

反应 x 3x x x

平衡 0.2-x 0.5-3x 0.4+x 0.4+x

解得：x=0.025，

达到新平衡后，c(CO2)=0.175mol/L，图像如下：

考点：考查了热化学方程式的书写、化学判断的影响元素、化学平衡的图像的相关知识。