Question

煤經過化學加工可轉化為氣體或液體燃料以及各種化工產品，從而提高了煤的利用率．
（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產生水煤氣．反應為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=131.5kJ?mol^-1
①下列措施中，不能提高碳的轉化率的是______（填字母序號）．
a．容器的容積不變，增加水蒸汽的物質的量       b．縮小容器的容積，增大壓強
c．及時將水煤氣從容器中移走                  d．其他條件不變，升高溫度
②又知，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H=172.5kJ?mol^-1．則CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的焓變（△H）為______．
（2）CO與H₂在一定條件下可反應生成甲醇，CO（g）+2H₂?CH₃OH（g）．甲醇是一種燃料，可用于設計燃料電池．下圖是甲醇燃料電池的原理示意圖．

①a處通入的是______（填物質名稱），左側電極上發生______（填“氧化”或“還原”）反應．
②該電池工作過程中，H⁺的移動方向為從______到______（填“左”或“右”）
③該電池正極反應式為______．
④若用該電池提供的電能電解60mL NaCl溶液，設有0.01mol CH₃OH完全放電，NaCl足量，且電解產生的Cl₂全部溢出，電解前后忽略溶液體積的變化，則電解結束后所得溶液的pH=______．
（3）將等量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到容積為2L的恒容密閉容器中進行如下反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=akJ?mol^-1，得到下列數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	達到平衡所需時間/min
		H2O	CO	H2
1	650	2	4	1.6	5
2	900	2	4	0.9	t

①在實驗1中，以v（CO₂）表示該反應的反應速率為______mol?L^-1?min^-1；
②在實驗2中，t______5．（填“＞”、“＜”或“=”）

Answer 1

【答案】分析：（1）①根據平衡的移動判斷．
②根據蓋斯定律計算．
（2）①電池總反應為：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，原電池中電子從負極經外電路流向正極，由圖可知，左側電極流出電子，為負極，發生氧化反應，所以，a處通入甲醇．
②甲醇在催化劑作用下提供質子和電子，電子經外電路、質子經內電路通過質子交換膜到達另一極與氧氣反應．
③H⁺與氧氣在正極發生還原反應．
④計算出0.01molCH₃OH完全放電轉移的電子的物質的量，根據電解氯化鈉溶液原理，可知電解生成氫氧化鈉為電解過程轉移的電子的物質的量，利用Kw求出H⁺濃度，再利用pH=-logc（H⁺）計算．
（3）①根據v=計算v（H₂），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（CO₂）．
②溫度越高，反應越快，到達平衡時間越短．
解答：解：（1）①a、容器的容積不變，增加水蒸汽的物質的量，水蒸汽的濃度增大，平衡向正反應移動，碳的轉化率提高，故a正確；
b、縮小容器的容積，增大壓強，平衡向體積減小的方向移動，即向逆反應移動，碳的轉化率降低，故b錯誤；
c、及時將水煤氣從容器中移走，生成物的濃度降低，平衡向正反應移動，碳的轉化率提高，故c正確；
d、該反應為吸熱反應，其他條件不變，升高溫度，向吸熱方向移動，即平衡向正反應移動，碳的轉化率提高，故d正確；
故選：b
②已知反應：①C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）；△H=131.5kJ?mol^-1
            ②C（s）+CO₂（g）2CO（g）；△H=172.5kJ?mol^-1
所以①-②得，CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41kJ?mol^-1
答案為：-41kJ?mol^-1
（2））①電池總反應為：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，原電池中電子從負極經外電路流向正極，由圖可知，左側電極流出電子，為負極，發生氧化反應，所以，a處通入甲醇．
故答案為：甲醇；氧化
②甲醇在催化劑作用下提供質子和電子，電子經外電路、質子經內電路通過質子交換膜到達另一極與氧氣反應．所以H⁺的移動方向為從左到右．
故答案為：從左到右
③H⁺與氧氣在正極發生還原反應，電極反應式為4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O．
故答案為：4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O
④0.01molCH₃OH完全放電轉移的電子的物質的量為0.01mol×[4-（-2）]=0.06mol，根據電解氯化鈉溶液原理，正極反應式為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，可知溶液中n（OH^-）=0.06mol，所以c（OH^-）==1mol/L，所以c（H⁺）==10^-14，pH=-logc（H⁺）=-log（10^-14）=14．
故答案為：14
（3））①v（H₂）===0.16mol/（L?min），利用速率之比等于化學計量數之比，所以v（CO₂）=v（H₂）=0.16mol/（L?min）．
故答案為：0.16mol/（L?min）
②溫度越高，反應越快，到達平衡時間越短，所以t＜5min．
故答案為：＜
點評：本題綜合性較大，涉及反應熱、化學平衡、原電池、電解、pH值計算等，題目難度中等，注意利用蓋斯定律計算反應熱．