Question

碳及其化合物有廣泛的用途．
（1）將水蒸氣通過(guò)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=+131.3kJ?mol^-1，以上反應(yīng)達(dá)到平衡后，在體積不變的條件下，以下措施有利于提高H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率的是

 

．
A．升高溫度　  B．增加碳的用量   C．加入催化劑　　D．用CO吸收劑除去CO
（2）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=

 

（3）CO與H₂在一定條件下可反應(yīng)生成甲醇，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．甲醇是一種燃料，可利用甲醇設(shè)計(jì)一個(gè)燃料電池，用稀硫酸作電解質(zhì)溶液，多孔石墨做電極，該電池負(fù)極通入的物質(zhì)是：

 

，正極反應(yīng)式為：

 

．
（4）將一定量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2.0L的恒容密閉容器中，發(fā)生以下反應(yīng)：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下數(shù)據(jù)：

溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所x需時(shí)間/min
	H2O	CO	H2	CO
900	1.0	2.0	0.4	1.6	3.0

通過(guò)計(jì)算求出該反應(yīng)的平衡常數(shù)（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

 

．
（5）工業(yè)生產(chǎn)是把水煤氣中的混合氣體經(jīng)過(guò)處理后獲得的較純H2用于合成氨．合成氨反應(yīng)原理為：N₂（g）+3H₂（g） 

一定條件

2NH₃（g），△H=-92.4kJ?mol^-1．實(shí)驗(yàn)室模擬化工生產(chǎn)，分別在不同實(shí)驗(yàn)條件下反應(yīng)，N₂濃度隨時(shí)間變化如圖1．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①與實(shí)驗(yàn)Ⅰ比較，實(shí)驗(yàn)Ⅱ改變的條件為

 

．
②實(shí)驗(yàn)Ⅲ比實(shí)驗(yàn)Ⅰ的溫度要高，其它條件相同，請(qǐng)?jiān)谏蠄D2中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)Ⅰ和實(shí)驗(yàn)Ⅲ中NH₃濃度隨時(shí)間變化的示意圖

 

．

Answer 1

分析：（1）該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，升高溫度、減小壓強(qiáng)、減少生成物的量都能使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)增大水蒸氣的轉(zhuǎn)化率；
（2）利用蓋斯定律構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極通入，氧氣在正極放電，發(fā)生還原反應(yīng)，酸性條件下生成水；
（4）根據(jù)三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，反應(yīng)前后氣體的體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

計(jì)算；
（5）①由圖開(kāi)始，實(shí)驗(yàn)Ⅱ與實(shí)驗(yàn)Ⅰ相比，反應(yīng)速率加快，平衡時(shí)氮?dú)獾臐舛炔蛔�，說(shuō)明改變條件速率加快平衡不移動(dòng)，結(jié)合反應(yīng)特征與平衡移動(dòng)原理分析；
②實(shí)驗(yàn)Ⅲ的溫度比實(shí)驗(yàn)Ⅰ高，反應(yīng)速率快，到達(dá)平衡時(shí)間縮短，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡時(shí)氨氣的濃度較實(shí)驗(yàn)Ⅰ低，據(jù)此作圖．

解答：解：（1）有利于提高H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變體積平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，且不能增大水的濃度，
A．正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，水的轉(zhuǎn)化率增大，故A正確；
B．碳為固體，增加碳的用量，不影響平衡移動(dòng)，水的轉(zhuǎn)化率不變，故B錯(cuò)誤；
C．加入催化劑，加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，不影響平衡移動(dòng)，水的轉(zhuǎn)化率不變，故C錯(cuò)誤；
D．用CO吸收劑除去CO，CO的濃度降低，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，水的轉(zhuǎn)化率增大，故D正確，
故答案為：AD；
（2）已知：①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），△H=+131.3kJ?mol^-1，
②C（s）+CO₂（g）?2CO（g），△H=+172.5kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②得：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），△H=131.3kJ?mol^-1-172.5kJ?mol^-1=-42.2kJ?mol^-1，
故答案為：-42.2kJ?mol^-1；
（3）甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)在負(fù)極通入，氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，在正極放電，酸性條件下生成水，正極電極反應(yīng)式為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：甲醇；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（4）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
起始（mol）：2       1       0        0
變化（mol）：0.4    0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    0.6      0.4      0.4        
反應(yīng)前后氣體的體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.4×0.4

1.6×0.6

=0.17，
故答案為：0.17；
（5）①由圖開(kāi)始，實(shí)驗(yàn)Ⅱ與實(shí)驗(yàn)Ⅰ相比，反應(yīng)速率加快，平衡時(shí)氮?dú)獾臐舛炔蛔�，說(shuō)明改變條件速率加快平衡不移動(dòng)，該反應(yīng)正反應(yīng)是體積減小的放熱反應(yīng)，升高溫度或增大壓強(qiáng)、增大反應(yīng)物濃度，可以增大反應(yīng)速率，但平衡發(fā)生移動(dòng)，故應(yīng)是使用催化劑，
故答案為：使用催化劑；
②實(shí)驗(yàn)Ⅲ的溫度比實(shí)驗(yàn)Ⅰ高，反應(yīng)速率快，到達(dá)平衡時(shí)間縮短，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡時(shí)氨氣的濃度較實(shí)驗(yàn)Ⅰ低，故圖象為：，

故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：題目綜合性較大，涉及反應(yīng)熱計(jì)算、原電池、化學(xué)平衡圖象與影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算等，側(cè)重高考常考點(diǎn)與基礎(chǔ)知識(shí)的考查，目難度中等．