Question

“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍，科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出了高热值的煤炭气，其主要成分是CO和H₂。CO和H₂可作为能源和化工原料，应用十分广泛。生产煤炭气的反应之一是：C (s)＋H₂O (g) CO(g)＋H₂(g)  ΔH = ＋131.4 kJ/mol

（1）在容积为3 L的密闭容器中发生上述反应，5 min后容器内气体的密度增大了0.12 g/L，用H₂O表示0 ~ 5 min的平均反应速率为_________________________。

（2）关于上述反应在化学平衡状态时的描述正确的是              。

A．CO的含量保持不变

B．v_正(H₂O)= v_正(H₂)

C．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变

（3）若上述反应在t₀时刻达到平衡(如右图)，在t₁时刻改变某一条件，请在右图中继续画出t₁时刻之后正反应速率随时间的变化：

①缩小容器体积，t₂时到达平衡(用实线表示)；

②t₃时平衡常数K值变大，t₄到达平衡(用虚线表示)。

（4）在一定条件下用CO和H₂可以制得甲醇，CH₃OH和CO的燃烧热为别725.8 kJ/mol ，283.0 kJ/mol，水的摩尔蒸发焓为44.0 kJ/mol，写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式：                     。

（5）如下图所示，以甲醇燃料电池作为电源实现下列电解过程。乙池中发生反应的离子方程式为             。当甲池中增重16 g时，丙池中理论上产生沉淀质量的最大值为            g。

Answer

（1）0.002 mol ∕ L·min （2）ABC

（3）如图：

（4）CH3OH (l)＋O2 (g) =CO (g)＋2H2O (g) ΔH=-354.8 kJ ∕ mol

（5）2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2＋4H＋ 34.8

【解析】

试题分析：（1）5min后容器内气体的密度增大了0.12g／L，因此气体的质量增加了0.12g/L×3L＝0.36g，根据方程式可知：

C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) 增加m

1mol 12g

0.03mol 0.36g

所以消耗水蒸气的物质的量浓度是0.03mol÷3L＝0.01mol/L，因此用H2O表示0～5miin的平均反应速率为0.01mol/L÷5min＝0.002mol/(L·min)。

（2）A.CO的含量保持不变，在恒容容器中，CO的浓度保持不变，说明化学反应处于平衡状态，正确；B.水和氢气前的系数都是1，则v正(H2O)= v正(H2)时反应处于平衡状态，正确；C．C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，根据M=m÷n，C是固体，随着反应的进行，平均相对分子质量增大，当容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明反应处于平衡状态，C项正确；答案选ABC。

（3）①缩小容器体积，压强增大，反应速率增大。正方应是体积增大的可逆反应，所以平衡向逆反应方向移动，即正反应速率逐渐增大到锌平衡，因此曲线可以表示为

。

②t3时平衡常数K值变大，说明平衡向正反应方向移动。正方应是吸热反应，所以改变的条件是升高温度，正反应速率增大，然后逐渐减小到新平衡状态，所以曲线可以表示为

。

（4）根据燃烧热的定义，CH3OH和CO的燃烧热为别725.8 kJ/mol ，283.0 kJ/mol，水的摩尔蒸发焓为44.0 kJ/mol，则热化学方程式为①CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH =-—725.8 kJ/mol；②CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) H= —283.0 kJ/mol；③H2O(l)=H2O(g) ΔH =-+ 44.0kJ/mol；根据盖斯定律，甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的ΔH =①—②+③×2=-725.8+283.0+44×2=-354.8 kJ/mol，则热化学方程式为CH3OH (l)＋O2 (g) =CO (g)＋2H2O (g) ΔH=-354.8 kJ/mol。

（5）甲醇燃料电池中，通入甲醇的电极是负极，通入氧气的电极为正极，其它两池是电解质，与氧气相连的电极是阳极，乙池中阳极是石墨，属于惰性电极，则乙池是电解硫酸铜溶液，电解的离子方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2＋4H＋；甲池的电池反应为CH3OH(g)+3/2O2+2KOH(g)=K2CO3(g)+3H2O，当甲池中增重16g时，反应掉的甲醇为16g÷80g/mol=0.2mol，通入甲醇的电极电极反应为CH3OH-6e－+8OH－=CO32-+6H2O，丙池的电池反应为MgCl2+2H2OMg(OH)2↓+H2↑+Cl2↑转移2e－，因为甲醇的物质的量为0.2mol，则放电为1.2mol，则丙池中生成沉淀为0.6mol，质量为0.6mol×58g/mol=34.8g。

【考点定位】考查化学反应速率，化学平衡状态的判断，影响平衡的因素，电解池的工作原理等知识。

【名师点睛】本题考查化学反应速率，化学平衡状态的判断，影响平衡的因素，电解池的工作原理等知识。电解池中方程式书写应注意：

（1）书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。

（2）阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液（或熔融电解质）中的阳离子放电。

（3）要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。

（4）电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。