Question

（16分）通过煤的气化和液化，使碳及其化合物得以广泛应用。

I．工业上先用煤转化为CO，再利用CO和水蒸气反应制H₂时，存在以下平衡：

CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）

（1）向1L恒容密闭容器中充入CO和H₂O（g），800℃时测得部分数据如下表。

t/min	0	1	2	3	4
n（H2O）/mol	0．600	0．520	0．450	0．350	0．350
n（CO）/mol	0．400	0．320	0．250	0．150	0．150

则该温度下反应的平衡常数K=                   。（保留2位有效数字）

（2）相同条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO、1mol H₂O（g）、2molCO₂、2mo1 H₂，此时v （正）_____________ v （逆）（填“>” “=” 或 “<”）。

II．已知CO（g）、H₂（g）、CH₃OH（l）的燃烧热分别为283 kJ·mol^-1、286 kJ·mol^-1、726 kJ·mol^-1。

（3）利用CO、H₂合成液态甲醇的热化学方程式为                             。

（4）依据化学反应原理，分析增加压强对制备甲醇反应的影响                  。

III．为摆脱对石油的过度依赖，科研人员将煤液化制备汽油，并设计了汽油燃料电池，电池工作原理如右图所示：一个电极通入氧气，另一电极通入汽油蒸气，电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2—。

（5）以辛烷（C₈H₁₈）代表汽油，写出该电池工作时的负极反应方程式                           。

（6）已知一个电子的电量是1．602×10^—19C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1．929×10⁵C的电量时，生成NaOH             g。

Ⅳ．煤燃烧产生的CO₂是造成温室效应的主要气体之一。

（7）将CO₂转化成有机物可有效地实现碳循环。如：

a．6CO₂+6H₂OC₆H₁₂O₆+6O₂       b．2CO₂ + 6H₂C₂H₅OH +3H₂O

c．CO₂ + CH₄ CH₃COOH          d．2CO₂ + 6H₂ CH₂=CH₂ + 4H₂O

以上反应中，最节能的是               ，反应b中理论上原子利用率为                  。

Answer

（1）1．2 （2）＜ （3）CO（g）+ 2H2（g）＝CH3OH（l）△H = —129 kJ·mol-1

（4）增加压强使反应速率加快，同时平衡右移，CH3OH产率增大。

（5）C8H18－50e－+25O2—＝8CO2 + 9H2O ；（6）80 ；（7）a ，46%。

【解析】

试题分析：I．（1）CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）在3min时达到平衡时，由于V=1L，所以c（H2O）=0．35mol/L，c（CO）=0．15mol/L，cH2）=c（CO2）=0．60mol/L-0．35mol/L=0．25mol/L，则化学平衡常数K=；（2）相同条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO、1mol H2O（g）、2molCO2、2mo1 H2，此时各种物质的浓度分别是c（CO）= c（H2O）=0．5mol/L，c（H2）=c（CO2）=1mol/L,物质的浓度商是，所以反应逆向进行，v （正）< v （逆）；II．CO（g）、H2（g）、CH3OH（l）的燃烧热分别为283 kJ·mol-1、286 kJ·mol-1、726 kJ·mol-1，可得反应的热化学方程式是：①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）ΔH=-283 kJ·mol-1；②H2（g）1/2O2（g）=H2O（l）ΔH=-286 kJ·mol-1；③CH3OH（l）+3 /2O2（g）=CO2（g）+ 2H2O（l）ΔH=-726 kJ·mol-1，①+②×2-③×2/3，整理可得：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（l）ΔH=-129 kJ·mol-1；（4）依据化学反应原理，增大压强，反应物的浓度增大，化学反应速率加快，由于该反应的正反应是气体体积减小的反应，增加压强，平衡正向移动，会产生更多的甲醇，甲醇的产率增大；（5）以辛烷（C8H18）代表汽油，该电池工作时的负极是通入燃料C8H18的电极，该电极的反应方程式是C8H18-50e-+25O2-=8CO2+9H2O；（6）已知一个电子的电量是1．602×10—19C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1．929×105C的电量时，电子转移的物质的量是n（e-）=（1．929×105C÷1．602×10—19C）÷6．02×1023/mol=2mol，电解的总反应方程式是：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,在反应过程中电子转移2mol电子，生成2molNaOH，其质量是m（NaOH）=2mol×40g/mol=80g。（7）在上述四种物质的转化过程中，a是太阳能在叶绿体内发生化学反应转化为化学能，是最节能的；反应b中理论上原子利用率是期望产物的质量占 质量的百分含量，原子利用率为46g÷（46g+3×18g）×100％=46％。

【考点定位】考查化学反应速率、化学平衡的影响因素、热化学方程式的书写及电化学的应用的知识。

【名师点睛】本题综合考查了化学平衡常数的计算、应用、化学平衡移动原理的应用、盖斯定律的应用、热化学方程式的书写、原电池、电解池反应原理、物质的量在化学反应方程式的计算等的应用、原子经济性、节环保等，集多个知识点为一体，较为全面的考查了学生的化学知识掌握情况及应用能力，把物质的转化、能量的利用既环境保护等结合在一起，是一个不错的考题。