Question

【題目】當(dāng)前情況下散燒煤和沒有清潔的煤是造成中國城市霧霾或者東部霧霾的主要原因。煤的氣化是解決霧霾，清潔地利用煤炭的重要途徑之一。

(1)已知：H2O(g)=H2O(l) △H=-44 kJ·mol-1

物質(zhì)	H2(g)	C(s)	CO(g)
燃燒熱kJ·mol-1	285.8	393.5	283.0

⑴請寫出煤的氣化反應(yīng)生成合成氣(CO和H2)的熱化學(xué)方程式_______。

②在恒溫、恒容的反應(yīng)器中，能表明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______。

a.混合氣體平均相對分子質(zhì)量不再改變
b.氣體壓強(qiáng)不再改變

c.各氣體濃度相等
d.反應(yīng)體系中溫度保持不變

e.斷裂氫氧鍵速率是斷裂氫氧鍵速率的2倍
f.混合氣體密度不變

g.單位時(shí)間內(nèi)，消耗水的質(zhì)量與生成氫氣的質(zhì)量比為9:1

(2)甲醇是重要的化工原料，又可作為燃枓。工業(yè)上利用合成氣（主要成分為CO、CO2、H2）在催化劑的作用下合成甲醇，其中部分主反應(yīng)如下：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH (g) +H2O(g) △H=-58kJ/mol

①請推斷該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件為____________

②若將lmolCO2和2molH2充入容積為2L的恒容密閉容器中，在兩種不同溫度下發(fā)生反應(yīng)。測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖所示。

曲線I、II對應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KI__KII(填“>”或“=”或“<”)；若5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，H2的轉(zhuǎn)化率為90%，則用CO2表示的平均反應(yīng)速率為_____，該溫度下的平衡常數(shù)為___；若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是_____。

a.升高溫度b.使用合適的催化劑 c.充入He d.按原比例再充入CO2和H2

(3)CH4燃料電池利用率很高，裝置中添加1L 2 mol·L-1 的KOH溶液為電解質(zhì)，持續(xù)緩慢通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下甲烷2.24L時(shí)負(fù)極電極反應(yīng)為_________________。

Answer 1

【答案】 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.3kJ/mol abef 由于該反應(yīng)△S<0, △H<0,故根據(jù)△G=△H-T △S<0反應(yīng)自發(fā)，可判斷該反應(yīng)在低溫下自發(fā)進(jìn)行、 > 0.06mol/(L·min) 450 d CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O

【解析】（1）①本題考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算，①C(s)＋O2(g)=CO2(g) △H=－393.5kJ·mol－1，②H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) △H=－285.8kJ·mol－1，③CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) △H=－283.0kJ·mol－1，④H2O(g)=H2O(l) △H=－44kJ·mol－1，

①＋④－②－③得到：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=(－393.5－44＋285.8＋283.0)kJ·mol－1=＋131.3kJ·mol－1；②本題考查化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，a、根據(jù)M=m/n，C為固體，隨著反應(yīng)進(jìn)行氣體的質(zhì)量增大，氣體物質(zhì)的量增大，因此當(dāng)平均摩爾質(zhì)量保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故a正確；b、反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，因此當(dāng)壓強(qiáng)不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，即b正確；c、因?yàn)闆]有說明開始時(shí)的投入量以及轉(zhuǎn)化率，組分濃度相等，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故c錯(cuò)誤；d、反應(yīng)器是恒溫狀態(tài)，溫度始終保持不變，因此溫度不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故d錯(cuò)誤；e、用不同物質(zhì)的速率表示達(dá)到平衡，要求反應(yīng)方向一正一逆，斷裂H－O鍵，說明反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，斷裂H－H鍵，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，然后速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，1molH2O中含有2molH－O鍵，1molH2中含有1molH－H，因此斷裂氫氧鍵速率是斷裂氫氧鍵速率的2倍，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故e正確；f、根據(jù)密度的定義，因?yàn)?/span>C是固體，因此氣體質(zhì)量增大，反應(yīng)器是恒容狀態(tài)，因此體積不變，即密度不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故f正確；g、反應(yīng)方向都是向正反應(yīng)方向進(jìn)行，單位時(shí)間內(nèi)，消耗水的質(zhì)量與生成氫氣的質(zhì)量比為9:1，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故g錯(cuò)誤；（2）①考查判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向，根據(jù)△G=△H－T△S，根據(jù)反應(yīng)方程式，推出△H<0，△S<0，如果自發(fā)進(jìn)行，△G<0，因此在低溫下能夠自發(fā)進(jìn)行；②考查化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)、勒夏特列原理，根據(jù)圖像，先達(dá)到平衡，說明反應(yīng)速率快，即II的溫度高于I，因?yàn)樵摲磻?yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，因此KII<KI，消耗氫氣2×90%mol=1.8mol，同時(shí)消耗CO2的物質(zhì)的量為1.8/3mol=0.6mol，因此CO2的轉(zhuǎn)化率為0.6/(2×5)mol/(L·min)=0.06 mol/(L·min)；CO2(g)+3H2(g)CH3OH (g) +H2O(g)

起始濃度：0.5 1 0 0

變化濃度：0.3 0.9 0.3 0.3

平衡濃度: 0.2 0.1 0.3 0.3 根據(jù)平衡常數(shù)的定義，K= = =450；a、正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率降低，故a錯(cuò)誤；b、催化劑對化學(xué)平衡無影響，甲醇產(chǎn)率不變，故b錯(cuò)誤；c、恒容狀態(tài)下，充入非反應(yīng)氣體，組分濃度度不變，平衡不移動(dòng)，故c錯(cuò)誤；d、相當(dāng)于在原來的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率提高，故d正確；（3）考查電極反應(yīng)式的書寫，燃料電池相當(dāng)于燃燒，因此通甲烷的一極為負(fù)極，環(huán)境是堿，因此電極反應(yīng)式為：CH4-8e－+10OH－=CO32－+7H2O。