Question

我省煤资源丰富，通过煤的气化和液化，能使煤炭得以更广泛的应用．

Ⅰ．工业上先将煤转化为CO，再利用CO和水蒸气反应制H₂时，存在以下平衡：

CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）

（1）向2L恒容密闭容器中充入CO和H₂O（g），800℃时测得部分数据如下表．

t/min	0	1	2	3	4
n（H2O）/mol	1.20	1.04	0.90	0.70	0.70
n（CO）/mol	0.80	0.64	0.50	0.30	0.30

则从反应开始到2min时，用H₂表示的反应速率为           ；该温度下反应的平衡常数K=         （小数点后保留1位有效数字）．

（2）相同条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO、3mol H₂O（g）、2molCO₂（g）、2mo1H₂（g），此时v_正         v_逆（填“＞”“＜”或“=”）．

Ⅱ．已知CO（g）、H₂（g）、CH₃OH（l）的燃烧热分别为283kJ•mol^﹣1、286kJ•mol^﹣1、726 kJ•mol^﹣1．

（3）利用CO、H₂合成液态甲醇的热化学方程式为         ．

（4）依据化学反应原理，分析升高温度对制备甲醇反应的影响         ．

Ⅲ．为摆脱对石油的过度依赖，科研人员将煤液化制备汽油，并设计了汽油燃料电池，电池工作原理如右图所示：一个电极通入氧气，另一电极通入汽油蒸气，电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2﹣．

（5）以己烷（C₆H₁₄）代表汽油，写出该电池工作时的负极反应方程式                     ．

（6）用该电池电解1L饱和食盐水，当固体电解质中有0.05mol O^2-发生迁移时，理论上，被电解的食盐水的pH=_______(忽略电解过程中溶液体积变化)

Answer

Ⅰ.（1）0.075mol•L﹣1•min﹣1；1.2；（2）＜；

Ⅱ.（3）CO（g）+2H2（g）=CH3OH（l）△H=﹣129kJ•mol﹣1；

（4）升高温度使反应速率加快，平衡左移，CH3OH产率减小；

Ⅲ.（5）C6H14﹣38e﹣+19O2﹣=6CO2↑+7H2O；

（6）固体电解质中传导0.05mol O2-时，电路中转移的电子的物质的量为0.1mol,由电解饱和食盐水的电解方程式可以看出，生成0.1mol的氢氧化钠，所以，氢氧根离子浓度为0.1mol/L,所以PH=13。

【解析】

试题分析：（1）从反应开始到2min时，水的物质的量变化量为0.3mol，则生成0.3mol氢气，用H2表示的反应速率为v(H2) = 0.3mol ÷ （2L × 2min） = 0.075mol·L-1·min-1；反应物和生成物浓度不变时，达到平衡状态，3min后达到平衡状态，容器体积为2L，则c(H2O) = 0.35mol/L,c(CO) = 0.15mol/L,c(H2) = c(CO2) = 0.600mol/L-0.350mol/L = 0.250mol/L，该反应的化学平衡常数K = c(CO2)·c(H2)/ c(CO)·c(H2O) = （0.250 × 0.250） ÷ （0.350 × 0.150） = 1.2。

（2）向2L恒容密闭容器中充入1molCO、1mol H2O(g)、2molCO2、2mo1 H2，各物质浓度分别为：0.5mol/L、0.5mol/L、1mol/L、1mol/L，浓度熵Qc = c(CO2)·c(H2)/ c(CO)·c(H2O) = 1 × 1/0.5 × 0.5 = 4>1.2，反应逆向进行，则υ(正)< υ(逆)；

（3）由CO（g）、H2（g）、CH3OH（l）的燃烧热分别为283kJ•mol﹣1、286kJ•mol﹣1、726 kJ•mol﹣1，则①CO(g)+1/2O2(g) = CO2(g) △H = -283kJ/mol 、②CH3OH+3/2O2(g) = CO2(g)+2H2O(l) △H = -726kJ/mol、 ③H2(g)+1/2O2(g) = H2O(l) △H = -286kJ/mol，由盖斯定律可知，①+③-2/3 × ②得反应CO（g）+2H2（g） = CH3OH（l）△H = ﹣129kJ•mol﹣1。

（4）升高温度使反应速率加快，平衡左移，CH3OH产率减小；；

（5）根据电池的装置图，电解质能在高温下传导O2-，负极是己烷失电子发生氧化反应，结合正极产生的O2-，生成二氧化碳和水，所以电极反应式为C6H14﹣38e﹣+19O2﹣ = 6CO2↑+7H2O；

（6）固体电解质中传导0.05mol O2-时，电路中转移的电子的物质的量为0.1mol,由电解饱和食盐水的电解方程式可以看出，生成0.1mol的氢氧化钠，所以，氢氧根离子浓度为0.1mol/L,所以PH = 13。

考点：考查平衡常数的计算、平衡判断，盖斯定律的应用，电化学反应原理的应用，pH的计算。