Question

【題目】“潔凈煤技術”研究在世界上相當普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續產出了高熱值的煤炭氣，其主要成分是CO和H2。CO和H2可作為能源和化工原料，應用十分廣泛。生產煤炭氣的反應之一是：C (s)＋H2O (g) CO(g)＋H2(g) ΔH = ＋131.4 kJ/mol

（1）在容積為3 L的密閉容器中發生上述反應，5 min后容器內氣體的密度增大了0.12 g/L，用H2O表示0 ~ 5 min的平均反應速率為_________________________。

（2）關于上述反應在化學平衡狀態時的描述正確的是 。

A．CO的含量保持不變

B．v正(H2O)= v正(H2)

C．容器中混合氣體的平均相對分子質量保持不變

（3）若上述反應在t0時刻達到平衡(如下圖)，在t1時刻改變某一條件，請在下圖中繼續畫出t1時刻之后正反應速率隨時間的變化：（用實線表示）

①縮小容器體積，t2時到達平衡；②t3時平衡常數K值變大，t4到達平衡。

（4）在一定條件下用CO和H2可以制得甲醇，CH3OH和CO的燃燒熱為別725.8 kJ/mol ，283.0 kJ/mol，1 mol液態水變成氣態水吸熱44.0 kJ，寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態水的熱化學方程式： 。

（5）如下圖所示，以甲醇燃料電池作為電源實現下列電解過程。乙池中發生反應的離子方程式為 。當甲池中增重16 g時，丙池中理論上產生沉淀質量的最大值為 g。

Answer 1

【答案】（1）0.002 mol ∕ L·min；（2）AC；

（3）如圖： ；

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

（5）2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2＋4H＋，34.8。

【解析】

試題分析：（1）因為是等體積，因此密度增大了0.12g·L－1，氣體質量增大了3×0.12g=0.36g，根據質量差，求出消耗的H2O的物質的量0.36/12mol=0.03mol，v(H2O)=0.03/(3×5)mol/(L·min)=0.002 mol/(L·min)；（2）A、根據化學平衡狀態的定義，CO的含量保持不變，說明反應達到平衡，故正確；B、反應方向都是向正反應方向進行，要求是一正一逆，故錯誤；C、根據摩爾質量的定義，氣體的質量增大，氣體的物質的量增大，因此摩爾質量不變，說明反應達到平衡，故正確；(3)①縮小容器的體積，增大壓強，根據勒夏特列原理，平衡向逆反應方向移動，圖像是：；②平衡常數增大，只改變溫度，說明化學反應向正反應方向移動，此反應是吸熱反應，因此升高溫度，圖像是：；（4）①CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H=－725.8kJ·mol－1，②CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) △H=－283.0kJ·mol－1，③H2O(l)=H2O(g) △H=＋44.0kJ·mol－1，CH3OH＋O2=CO＋2H2O(g)，①－②＋2×③得出：CH3OH(l)＋O2(g)=CO(g)＋2H2O(g) △H=(－725.8＋283＋2×44)kJ·mol－1=－354.8kJ·mol－1；（5）甲池為原電池，乙池、丙池為電解池，通甲醇的一極為負極，通氧氣的一極為正極，乙池中石墨跟電池的正極相連，即石墨為陽極，Ag作陰極，因此電極總反應式是：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2＋4H＋，甲池反應方程式為CH3OH＋3/2O2＋2KOH=K2CO3＋3H2O，甲池溶液增重的質量為甲醇和氧氣的質量，設甲醇的物質的量為xmon，則氧氣的物質的量為3x/2mol，因此有32x＋3×32x/2=16，解得x=0.2mol，整個電路中通過電子的物質的量為0.2×6mol=1.2mol，丙池中沉淀：Mg＋2OH－－2e－=Mg(OH)2，m[Mg(OH)2]=1.2×58/2g=34.8g。