Question

煤是一种重要的化工原料，人们将利用煤制取的水煤气、焦炭、甲醚等广泛用于工农业生产中。

（1）已知：

①C(s)＋H₂O(g)===CO(g)＋H₂(g)  ΔH＝＋131.3 kJ·mol^－1

②CO₂(g)＋H₂(g)===CO(g)＋H₂O(g)  ΔH＝＋41.3 kJ·mol^－1

则炭与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为                 。

（2）有人利用炭还原法处理氮氧化物，发生反应C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂(g)。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，在T₁℃时，不同时间测得各物质的浓度如下表所示：

时间(min) 浓度(mol·L^－1)	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①10～20 min内，N₂的平均反应速率v(N₂)＝________。

②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据表中的数据判断改变的条件可能是________(填选项字母)。

A．通入一定量的NO

B．加入一定量的活性炭

C．加入合适的催化剂

D．适当缩小容器的体积

（3）研究表明：反应CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

若反应在500℃时进行，设起始的CO和H₂O的浓度均为0.020 mol·L^－1，在该条件下CO的平衡转化率为________。

（4）用CO做燃料电池电解CuSO₄溶液、FeCl₃和FeCl₂混合液的示意图如图1所示，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。

①甲中通入O₂ 的电极为          （填“正”、“负”、“阴”、“阳”）极，该电极反应方程式为              

②乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为________。此时要使乙中CuSO₄溶液恢复到原来的浓度，需要加入的物质及其物质的量是                  。

③丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2所示，则图中③线表示的是__________(填离子符号)的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要________mL 5.0 mol·L^－1NaOH溶液。

Answer

（1）C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH＝＋90.0 kJ·mol－1(2)①0.009 mol/(L·min)[或0.000 15 mol/(L·s)] ②AD（3）75%（4）①正，O2 +2H2O +4e－ =4 OH－②2.24 L， 0. 1mol Cu(OH)2③Cu2＋ 280

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律：①-②得C(s)＋2H2O(g)==CO2(g)＋2H2(g) ΔH＝＋90.0 kJ·mol－1。

（2）①根据图表信息，10～20min内氮气的浓度变化为0.25-0.16=0.09mol/L，N2的平均反应速率v（N2）＝0.09mol/L÷10min=0.009mol/（L·min）或0.00015 mol/（L·S）；②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，各物质的浓度同等程度的增大，但平衡不移动，由于该反应是反应前后气体体积不变的反应，所以是改变压强所致，所以改变的条件可能是A、通入一定量的NO或D、适当缩小容器的体积；而B项中活性炭是固体，加入一定量的活性炭，各物质的浓度不会增大，C项中加入合适的催化剂只能加快化学反应速率，各物质的浓度不会增大，选AD。

（3）CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）

起始浓度 0.020 0.020 0 0

变化浓度 n n n n

平衡浓度 0.020-n 0.020-n n n

则（n×n）÷（0.020-n）（0.020-n）=K=9 ，解得n=0.015，该条件下达到平衡时，CO的转化率为（0.015/0.020）×100%=75%。

（4）①用CO做燃料电池电解CuSO4溶液，通入CO的电极作燃料电池的负极，通入氧气的电极作燃料电池的正极，电极反应式为O2 +2H2O +4e－==4 OH－；②乙装置中A是电解池的阳极，B是电解池的阴极，设阳极生成气体xmol，电极反应为阳极：4OH－-4e－==2H2O+O2↑，阴极：Cu2＋+2e－==Cu、2H＋+2e－==H2↑，根据电子守恒有2x+0.2=4x，x=0.1mol，则乙中A极产生的气体在标准状况下的体积为2.24L，电解过程中电解质溶液中析出0.1molCu、0.1molH2和0.1molO2，此时要使乙中CuSO4溶液恢复到原来的浓度，需要加入0. 1mol Cu(OH)2；③丙池中C为电解池的阳极，电极反应式为Cu-2e－==Cu2＋，D为电解池的阴极，电极反应式为Fe3＋+e－==Fe2＋，参照金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系图知图中③线表示的是Cu2＋的变化，②线表示的是Fe2+的变化，根据图像知当反应结束后，溶液中阳离子有Cu2+0.2mol，Fe2+0.5mol，要使金属阳离子恰好完全沉淀，共需要OH-1.4mol，所需NaOH溶液体积为1.4mol÷5mol/L=0.28L=280mL。

考点：考查热化学方程式的书写，化学反应速率的计算，电解原理的应用。