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)  H=+131.4kJ/mol

（1）在容积为3L的密闭容器中发生上述反应，5min后容器内气体的密度增大了0.12g/L，用H₂O表示0～5min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(如图)，在t₁时刻改变某一条件，请在图中继续画出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的燃烧热分别为725.8kJ/mol，283.0kJ/mol，1molH₂O(l)变为H₂O(g)吸收44.0 kJ的热量，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16g时，丙池中理论上产生沉淀质量的最大值为_________g。

Answer

（1）0.002mol/(L·min)；（2）AC；（3）

（4）CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g)△H=-354.8kJ/mol；

（5）2Cu2++2H2O==2Cu+O2+4H+，34.8。

【解析】

试题分析：（1）在容积为3L的密闭容器中发生上述反应，5min后容器内气体的密度增大了0.12g/L，根据反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) H=+131.4kJ/mol可知，气体增加的质量为参加反应的固体C的质量，则反应消耗碳的物质的量为：(0.12g/L×3L)÷12g/mol=0.03mol，该反应过程中消耗水的物质的量也为0.03mol，则用H2O(g)表示0～5min的平均反应速率为：0.03mol÷3L÷5min=0.002mol/（L•min）；（2）A．该反应是在恒容的密闭容器中进行，若CO的含量保持不变，则其物质的量浓度不变，反应达到平衡状态，正确；B．根据方程式可知，在任何时刻都存在v正(H2O)=v正(H2)，该关系只能表示反应正向进行的关系，不能确定反应是否处于平衡状态，错误；C．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变，则体系中任何物质的物质的量不变，反应达到平衡状态，正确；（3）①t1 时缩小容器体积，反应体系的压强增大，正逆反应速率都增大，直至t2 时重新达到平衡；②t3 时平衡常数K增大，说明平衡向着正向移动，说明升高了温度，之后正反应速率逐渐减小，直至达到新的平衡，根据以上分析画出的图象为：

；

（4）由CO(g)和CH3 OH(l)的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-725.8kJ•mol-1 ，则①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ•mol-1；②CH3 OH(l)+3/2O2(g)=CO2 (g)+2 H2 O(l)△H=-725.8kJ•mol-1；③H2 O(l)= H2 O(g)△H=-44KJ/mol；由盖斯定律可知用②-①+③×2得反应CH3 OH(l)+ O2(g)== CO(g)+2H2O(g)，该反应的反应热△H=-725.8kJ•mol-1 –(-283.0kJ•mol-1)+2×44KJ/mol=-354.8kJ•mol-1 ，CH3 OH(l)+ O2(g)== CO(g)+2H2O(g)，所以反应的热化学方程式是 △H=-354.8 kJ∕mol；（5）图2中甲池为原电池，通入甲醇的电极为负极，通入氧气的电极为正极，则乙池中石墨为阳极，银为阴极，溶液中铜离子在银电极析出，Cu2+ +2e- =Cu，阳极上是氢氧根离子放电生成氧气，所以电极反应为：4OH- -4e- =2H2 O+O2 ↑，电池反应的离子方程式为：2Cu2+ +2H2O 2Cu+O2 ↑+4H+ ，丙中与银连接的Pt电极为阳极，另一个电极为阴极，电极反应为阳极：2Cl- -2e- =Cl2 ↑，阴极为2H+ +2e- =H2 ↑，MgCl2 +2H2 OMg(OH)2↓+H2↑+Cl2↑，甲池中发生的反应为：2CH3OH+3O2 +4KOH=2K2CO3 +6H2O，溶液中甲醇和氧气反应后导致溶液质量增大，每反应2mol甲醇和3mol氧气反应溶液质量增加=2mol×32g/mol+3mol×32g/mol=160g，电子转移为12mol，当甲池中增重16g时，电子转移1.2mol，根据电子守恒得到丙池中理论上产生沉淀为氢氧化镁，依据化学方程式，生成1mol氢氧化镁，电子转移2mol电子，则电子转移1.2mol，生成沉淀氢氧化镁0.6mol，计算得到物质的量为质量=0.6mol×58g/mol=34.8g。

考点：考查化学反应速率的计算、化学平衡状态的判断、盖斯定律的应用、原电池、电解池反应原理的应用的知识。