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)ΔH=+131.4kJ/mol

（1）在容积为3 L的密闭容器中发生上述反应，5 min后容器内气体的密度增大了0.12 g/L，用H₂O表示0 ~ 5 min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，请在右图中继续画出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的燃烧热为别725.8 kJ/mol ，283.0 kJ/mol，水的摩尔蒸发焓为44.0 kJ/mol，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16 g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）ABC

（3）

（4）CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g)ΔH=-354.8kJ∕mol

（5）2Cu2++2H2O2Cu+O2+4H+；34.8

【解析】

试题分析：（1）5min后容器内气体的密度增大了0.12g／L，因此气体的质量增加了0.12g/L×3L＝0.36g，根据方程式可知：

所以消耗水蒸气的物质的量浓度是0.03mol÷3L＝0.01mol/L，因此用H2O表示0～5miin的平均反应速率为0.01mol/L÷5min＝0.002mol/(L·min)。

（2）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。A容器中CO的体积分数保持不变，说明反应得到平衡状态，A正确；正逆速率比等于系数比，v正（H2O）= v正（H2）一定平衡，B正确；c．生成物CO(g)和H2(g)的平均相对分子质量为15，反应前气体只有水，反应前后相对分子质量不同，容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变一定平衡，C正确；（3）①缩小容器体积，体系中浓度变大，v正、v正突然变大，平衡逆向移动，v正再有变大的趋势，t2时到达平衡。②t3时平衡常数K值变大，说明改变条件是升高温度，v正、v正突然变大，平衡正向移动，v正再有变小的趋势，t4到达平衡；

（4）根据燃烧热的定义，为别725.8 kJ/mol ，283.0 kJ/mol，水的摩尔蒸发热为44.0 kJ/mol，则热化学方程式①CH3OH (l) + O2 (g) =CO2 (g) + 2H2O (l) ΔH=-725.8 kJ ∕ mol ②CO (g) + O2 (g) =CO2 (g) ΔH=-283.0 kJ∕mol ③H2O (l)= H2O (g) ΔH=+44.0 kJ∕mol；根据盖斯定律①－②＋③×2得CH3OH (l) + O2 (g) =CO (g) + 2H2O (g) ΔH=-354.8 kJ ∕ mol；（5）乙池为电解池，石墨是阳极，发生反应的离子方程式为2Cu2++2H2O2Cu+O2+4H+；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，电子守恒得到丙池中理论上产生沉淀为氢氧化镁质量，MgCl2+2H2OMg(OH)2↓+H2↑+Cl2↑。电子转移1.2mol，生成氢氧化镁0.6mol，质量为0.6mol×58g/mol=34.8g

考点：本题考查电解、原电池、反应热、反应速率。