Question

开发、使用清洁能源发展“低碳经济”，正成为科学家研究的主要课题。氢气、甲醇是优质的清洁燃料，可制作燃料电池。

（1）生产甲醇的原料CO和H₂来源于：CH₄（g）+ H₂O（g）CO（g）+ 3H₂（g）

①一定条件下CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图a。则，P_l          P₂；A、B、C三点处对应平衡常数（K_A、K_B、K_C）的大小顺序为__________。（填“<”、“>”“=”）

②100℃时，将1 mol CH₄和2mol H₂O通入容积为100 L的反应室，反应达平衡的标志是：          。

a．容器内气体密度恒定

b．单位时间内消耗0.1 mol CH₄同时生成0.3 mol H₂

c．容器的压强恒定

d．3v正（CH₄）= v逆（H₂）

如果达到平衡时CH₄的转化率为50%，则100℃时该反应的平衡常数K =          。

（2）某实验小组利用CO（g）、O₂（g）、KOH（aq）设计成如图b所示的电池装置，负极的电极反应式为                。用该原电池做电源，常温下，用惰性电极电解200 mL饱和食盐水（足量），消耗的标准状况下的CO 224 mL，则溶液的pH＝            。（不考虑溶液体积的变化）

（3）已知2X₂(g）+Y₂(g） 2Z(g） ΔH＝－akJ·mol^－1（a>0），在一个容积固定的容器中加入2mol X₂和1mol Y₂ 在500℃时充分反应达平衡后Z的浓度为W mol·L^－1，放出热量b kJ。若原来容器中只加入2mol Z，500℃充分反应达平衡后，吸收热量c kJ，则Z浓度_________Wmol·L^—1（填“>”、“<”或“=”），a、b、c之间满足关系___________（用代数式表示）。

Answer

（1）①＜；KC＞KB＞KA；②cd；2.25×10-4

（2）CO－2e-+4OH-＝CO32-+2H2O； 13 （3）＝； a＝b+c

【解析】

试题分析：（1）①正反应是体积增大的可逆反应，根据一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系图知道，温度不变，增大压强，平衡逆向移动，甲烷的转化率减小，所以Pl＜P2；压强不变升高温度，甲烷的转化率会增大，平衡正向进行，所以反应是吸热反应，温度越高，K越大，A、B、C三点处对应的温度是逐渐升高的，所以平衡常数（KA、KB、KC）的大小顺序为KC＞KB＞KA；

②a．容器内气体密度=m/V，质量是守恒的，V是不变的，所以密度始终不变，当密度不变时，不一定平衡，a错误；b．单位时间内消耗0.1mol CH4同时生成0.3molH2，只能说明正反应速率，不能证明正逆反应速率相等，不一定平衡，b错误；c．反应是前后系数和变化的反应，当容器的压强恒定，则达到了平衡，c正确；d．3v正（CH4）=v逆（H2），能体现v（正）=v（逆），d正确，答案选cd；

CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）

初始浓度（mol/L）0.01 0.02 0 0

变化浓度（mol/L）0.005 0.005 0.005 0.015

平衡浓度（mol/L）0.005 0.015 0.005 0.015

所以平衡常数K=；

（2）在CO（g）、O2（g）、KOH（aq）设计成的燃料电池装置中，CO发生氧化反应，在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，负极电极反应式为CO－2e-+4OH-＝CO32-+2H2O；用该原电池做电源，常温下，用惰性电极电解200mL饱和食盐水（足量），当消耗的标准状况下的CO224mL即0.01mol时，转移电子是0.02mol，根据电解氯化钠的反应方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑，当转移电子是0.02mol时，生成氢氧化钠的物质的量是0.02mol，所以氢氧化钠浓度是0.02mol÷0.2L=0.1mol/L，即pH=13；

（3）恒温恒容下，2molZ完全转化到左边，可得2molX2和1molY2，故与原平衡为等效平衡，平衡时Z的浓度相同，故c（Z）=Wmol/L，同一可逆反应，相同温度下，正、逆反应的反应热数值相等，但符号相反，令平衡时Z的物质的量为nmol，对于反应2X2（g）+Y2（g）2Z（g）△H=-akJ/mol，b=n×a/2，对于反应2Z（g）2X2（g）+Y2（g）△H=akJ、mol，Z分解的物质的量为（2-n）mol，故c=2−n/2×a=1-n×a/2，所以a=b+c。

考点：考查热化学方程式、化学平衡图象及影响因素、平衡常数、平衡状态判断、化学平衡的有关计算、原电池等