Question

【題目】煤的氣化是對煤進行深加工的重要方法，其主要反應是碳和水蒸氣反應生成水煤氣。

（1）已知在101KPa、150℃時，各1mol的碳、一氧化碳和氫氣在足量的氧氣充分燃燒并恢復至原溫度，所放出的熱量分別為393.7kJ/mol、283.0kJ/mol、242.0 kJ/mol，請寫出煤的氣化反應的熱化學方程式__________________；請從熱力學角度簡述該反應在某條件下能夠正向進行的原因是_______________。

（2）在恒容密閉容器里，按物質的量比1:1加入一定量的碳和水蒸氣反應生成水煤氣。一定條件下達到平衡，當改變反應的某一條件時，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是_________。（填序號）

A.正反應速率先增大后減少 B.化學平衡常數K減少

C.混合氣體的平均相對分子質量減少 D.反應物氣體體積分數增大

（3）一定條件下煤的氣化產物還可以發生反應，700℃時，向容積為2L的密閉容器中充入一定量的CO和H2O，發生反應：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2(g) 反應過程中測定的部分數據見下表：

反應時間/ min	n(CO)/ mol	n(H2O)/ mol
0	1.20	0.60
5	0.80
10		0.20

請根據表格回答下列問題：

①計算反應在5min內由氫氣表示的平均速率為：_____________。

②列式并計算該反應在700℃時的化學平衡常數K=__________，如果溫度升至800℃，上述反應平衡常數為0.64，則正反應為___________（填“吸熱”或“放熱”）反應。

③將上表中達平衡后的混合氣體恢復至室溫，用200mL2mol/LNaOH溶液進行吸收，充分反應后假設溶液體積不變，下列說法不正確的是：（已知HCO3-電離常數約為410-11，CaCO3的溶度積常數約為310-9）___________

A.c（Na+）+c（H+）=c（OH-）+c（HCO3-）+2c（CO32-）

B.c（H2CO3）＜c（CO32-）

C.c（Na+）+c（OH-）=c（H+）+c（HCO3-）+2c（H2CO3）

D.向該溶液中加入等體積等濃度的CaCl2溶液產生白色沉淀

Answer 1

【答案】（1）C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.3kJ/mol

該反應的正向混亂度增大或正反應是熵增的反應 （2）AC

（3）①v(H2)＝0.04 mol·L-1·min-1 ②K=c(CO2)c(H2)/c(CO)c(H2O)=1 放熱 ③ B

【解析】（1）根據題意寫出熱化學方程式，①C（s）+O2（g）=CO2（g）H=-393.7 kJ/mol，②CO（g）+ O2（g）=CO2（g）H=-283.0 kJ/mol，③H2（g）+ O2（g）=H2O（g）H=-242.0 kJ/mol，根據蓋斯定律，①-②-③得：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）H=+131.5 kJ/mol，。因為該反應H>0、S>0，根據化學反應方向的判據：HTS可得，在高溫下HTS可能小于0，能夠正向進行。故答案為：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）H=+131.5 kJ/mol；該反應的正向混亂度增大或正反應是熵增的反應 。

（2）A項，當改變某一條件時，正反應速率先增大后減小，說明開始時平衡逆向移動，后來平衡正向移動，反應物濃度降低導致正反應速率減小，故A項正確；B項，化學平衡常數K減少，反應程度減小，所以平衡逆向移動，故B項錯誤；C項，正反應是氣體分子數增大的反應，所以混合氣體的平均相對分子質量減少說明氣體分子數增大，平衡正向移動，故C項正確；D項，反應物氣體體積分數增大，說明平衡逆向移動，故D項錯誤。綜上所述，符合題意的選項為AC。

（3）①根據用不同物質表示的化學反應速率之比=化學方程式計量數之比，5min內用氫氣表示的平均速率：v（H2）=v（CO）=（1.200.80）mol÷2L÷5min=0.04 mol·L-1·min-1 ；②由化學方程式，根據已知條件可得，5min時反應已達平衡，列三段式：

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2(g)

開始（ mol·L-1） 0.60 0.30 0 0

轉化（ mol·L-1） 0.20 0.20 0.20 0.20

平衡（ mol·L-1） 0.40 0.10 0.20 0.20

K= ==1；因為溫度升至800℃，平衡常數為0.64<1，所以升溫，化學平衡逆向移動，正反應為放熱反應。③由題意CO2為0.4mol，NaOH為0.4mol，所以恰好反應生成0.4mol NaHCO3，根據電荷守恒：c（Na+）+c（H+）=c（OH-）+c（HCO3-）+2c（CO32-），故A項正確；B項，根據HCO3-水解常數Kh=Kw/Ka= >Ka，所以HCO3-水解程度大于電離程度，因此c（H2CO3）>c（CO32-），故B項錯誤；C項，由物料守恒：c（Na+）=c（H2CO3）+c（HCO3-）+c（CO32-）和電荷守恒：c（Na+）+c（H+）=c（OH-）+c（HCO3-）+2c（CO32-）可得：c（Na+）+c（OH-）=c（H+）+c（HCO3-）+2c（H2CO3），故C項正確；D項，由已知可得，向該溶液中加入等體積等濃度的CaCl2溶液時，c（Ca2+）=1 mol/L，c（HCO3-）=1mol/L，根據HCO3-H++CO32-，可得Ka（HCO3-）= ==4×10-11，因此c2（CO32-）=4×10-11，所以c（CO32-）×c（Ca2+）= >Ksp（CaCO3）=3×10-9，有白色沉淀析出，故D項正確。綜上所述，符合題意的選項為B。