Question

隨著世界工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展、人口的劇增，全球能源緊張面臨著越來越嚴(yán)重的問題，煤經(jīng)過化學(xué)加工可轉(zhuǎn)化為氣體或液體以及各種化工產(chǎn)品，從而提高了煤的利用率．
（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產(chǎn)生水煤氣．反應(yīng)為：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.5kJ?mol^-1
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為

 

．
②下列措施中，不能提高碳的轉(zhuǎn)化率的是

 

（填字母序號）
a．容器的體積不變，增加水蒸氣的物質(zhì)的量   b．縮小容器的體積，增大壓強
c．及時將水煤氣從容器中移走               d．其他條件不變，升高溫度
③又知C（s）+CO₂ （g）?2CO（g）△H=+172.5kJ?mol^-1
則CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）的焓變（△H）為

 

．
（2）CO和H₂在一定條件下可反應(yīng)生成甲醇，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．甲醇作為一種可再生能源燃料，可用于燃料電池．如圖是甲醇燃料電池的原理示意圖：
①a處通入的是

 

（填物質(zhì)名稱），該電池工作過程中，H⁺的移動方向為從

 

到

 

（填“左”或“右”）．
②該電池正極反應(yīng)式為

 

．
③若用該電池提供的電能電解600ml 0.2mol?L^-1NaCl溶液，設(shè)有0.01mol CH₃OH完全放電，且電解產(chǎn)生的Cl₂全部溢出，電解前后忽略溶液體積的變化，則電解時陰極反應(yīng)式為

 

，電解結(jié)束后所得溶液的pH=

 

．若向電解后的溶液加入適量的醋酸至溶液的pH恰好等于7（反應(yīng)前后忽略溶液體積的變化），則此時溶液中c（Na⁺）：c（CH₃COO^-）=

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）①依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念書寫表達(dá)式；
②C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.5kJ?mol^-1，反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，不能提高碳的轉(zhuǎn)化率說明平衡不能正向進行；
a．容器的體積不變，增加水蒸氣的物質(zhì)的量，平衡正向進行；   
b．縮小容器的體積，增大壓強，平衡逆向進行；
c．及時將水煤氣從容器中移走，平衡正向進行；              
d．其他條件不變，升高溫度，平衡正向進行；
③依據(jù)熱化學(xué)方程式計算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①圖象分析電子流向可知a端為負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，b端為正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，陽離子移向正極，電池總反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，原電池中電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，由圖可知，左側(cè)電極流出電子，為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以，a處通入甲醇；
②正極反應(yīng)是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；
③計算出0.01molCH₃OH完全放電轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量，根據(jù)電解氯化鈉溶液原理，可知電解生成氫氧化鈉為電解過程轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量，利用Kw求出H⁺濃度，再利用pH=-logc（H⁺）計算，分析電解后溶液中離子物質(zhì)的量和溶液中電荷守恒計算得到；

解答： 解：（1）①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.5kJ?mol^-1，依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念書寫表達(dá)式K=

c(CO)c(H2)

c(H2O)

；
故答案為：

c(CO)c(H2)

c(H2O)

；
②a、容器的容積不變，增加水蒸汽的物質(zhì)的量，水蒸汽的濃度增大，平衡向正反應(yīng)移動，碳的轉(zhuǎn)化率提高，故a正確；
b、縮小容器的容積，增大壓強，平衡向體積減小的方向移動，即向逆反應(yīng)移動，碳的轉(zhuǎn)化率降低，故b錯誤；
c、及時將水煤氣從容器中移走，生成物的濃度降低，平衡向正反應(yīng)移動，碳的轉(zhuǎn)化率提高，故c正確；
d、該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其他條件不變，升高溫度，向吸熱方向移動，即平衡向正反應(yīng)移動，碳的轉(zhuǎn)化率提高，故d正確；
故選：b；
③已知反應(yīng)：①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；△H=131.5kJ?mol^-1
            ②C（s）+CO₂（g）?2CO（g）；△H=172.5kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算①-②得到，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41kJ?mol^-1
答案為：-41kJ?mol^-1；
（2））①電池總反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，原電池中電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，由圖可知，左側(cè)電極流出電子，為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以，a處通入甲醇，甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子和電子，電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路通過質(zhì)子交換膜到達(dá)另一極與氧氣反應(yīng)．所以H⁺的移動方向為從左到右；
故答案為：甲醇；左；右；
②H⁺與氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O．
故答案為：4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O；
③0.01molCH₃OH完全放電轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.01mol×[4-（-2）]=0.06mol，根據(jù)電解氯化鈉溶液原理，正極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，可知溶液中n（OH^-）=0.06mol，所以c（OH^-）=

0.06mol

0.6L

=0.1mol/L，所以c（H⁺）

kw

c(OH-)

=

10-14

0.1

=10^-13，pH=-logc（H⁺）=-log（10^-13）=13；電解后溶液中氯化鈉中氯離子剩余0.6L×0.2mol?L^-1-0.06mol=0.06mol，鈉離子剩余0.12mol，若向電解后的溶液加入適量的醋酸至溶液的pH恰好等于7，溶液中溶質(zhì)為CH₃COOH和CH₃COONa，溶液中存在電荷守恒，c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（CH₃COO^-）+c（Cl^-），c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）+c（Cl^-），c（Na⁺）：c（CH₃COO^-）=2：1；
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，13，2：1；

點評：本題綜合性較大，涉及反應(yīng)熱、化學(xué)平衡、原電池、電解、pH值計算等，題目難度中等，注意利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱．