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1mol CH₄和2mol H₂O通入容积为10L的反应室，反应达平衡的标志是：__________

a．容器的压强恒定

b．单位时间内消耗0.1mol CH₄同时生成0.3mol H₂

c．容器内气体密度恒定

d．3v_正(CH₄)=v_逆(H₂)

③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）已知2X₂(g)+Y₂(g)2Z(g)△H=-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。反应平衡后若向原来容器中再加入2mol X₂和1mol Y₂，500℃充分反应再次达平衡后，则Z浓度__________2Wmol•L^-1(填“＞”、“＜”或“=”)。

（3）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，该反应总反应方程式2CO+O₂+4KOH=2K₂CO₃+2H₂O

①负极的电极反应式为__________，

②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)，消耗的标准状况下的CO 224mL，则溶液的pH=__________(不考虑溶液体积的变化，写出计算过程)

Answer

（1）①＜； KC＞KB＞KA；②ad；③2.25×10-4(mol/L)2；

（2）＞；（3）CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O；13。

【解析】

试题分析：（1）①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，则增大压强，平衡CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)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，故答案为：＜； KC＞KB＞KA；

②a．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，故正确；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，故错误；c．容器内气体密度=，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，故错误；d．3v正(CH4)=v逆(H2)，能体现v(正)=v(逆)，故正确；故选ad；

③ CH4(g) + H2O(g)CO(g)+3H2(g)

初始浓度：0.01 0.02 0 0

变化浓度：0.005 0.005 0.005 0.015

平衡浓度：0.005 0.015 0.005 0.015

所以平衡常数K==2.25×10-4(mol/L)2，

故答案为：2.25×10-4(mol/L)2；

（2）反应平衡后若向原来容器中再加入2mol X2和1mol Y2，相当于增大压强，增大压强，平衡向正反应方向移动，再次达平衡后，则Z浓度＞2Wmol•L-1，故答案为：＞；

（3）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极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=0.1mol/L，即pH=13，故答案为：CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O；13。

考点：考查了用盖斯定律进行有关反应热的计算；原电池和电解池的工作原理；化学平衡常数的含义；化学平衡状态的判断；化学平衡的计算的相关知识。