Question

在高溫高壓下CO具有極高的化學活性，能與多種單質或化合物反應．
（1）若在恒溫恒容的容器內進行反應C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），則可用來判斷該反應達到平衡狀態的標志有

 

．（填字母）
a．容器內的壓強保持不變            
b．容器中H₂濃度與CO濃度相等
c．容器中混合氣體的密度保持不變    
d．CO的生成速率與H₂的生成速率相等
（2）CO一空氣燃料電池中使用的電解質是攙雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導O²．該電池負極的電極反應式為

 

．
（3）一定條件下，CO與H₂可合成甲烷，反應方程式為：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）
①一定條件下，該反應能夠自發進行的原因是

 

．
②已知H₂（g）、CO（g）和 CH₄（g）的燃燒熱分別為285.8kJ?mol^-1、283.0kJ?mol^-1和890，0kJ?mol^-1．
寫出CO與H₂反應生成CH₄和CO₂的熱化學方程式：

 

．
（4）工業上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，反應方程式為：CH₃OH（g）+CO（g）

催化劑

△

HCOOCH₃（g）△H=-29.1kJ?mol^-1．科研人員對該反應進行了研究．部分研究結果如圖所示：
①從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率“看，工業制取甲酸甲酯應選擇的壓強是

 

．
②實際工業生產中采用的溫度是80℃，其理由是

 

．

Answer 1

分析：（1）恒溫恒容的容器內進行反應C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），平衡標志是正逆反應速率相同，各組分含量不變；
（2）CO一空氣燃料電池，一氧化碳在負極失電子發生氧化反應；
（3）①依據自發進行的判斷依據分析，△H-T△S＜0；
②依據燃燒熱寫出反應的熱化學方程式，結合蓋斯定律計算得到；
（4）①依據轉化率曲線分析判斷；
②圖象分析速率隨溫度變化的趨勢分析回答．

解答：解：（1）在恒溫恒容的容器內進行反應C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
a．反應前后氣體壓強變化的反應，容器內的壓強保持不變，說明反應達到平衡，故a正確；
b．容器中H₂濃度與CO濃度相等不一定達到平衡，故b錯誤；
c．反應中有固體碳反應，平衡變化，氣體質量發生變化，容器中混合氣體的密度保持不變，能說明反應達到平衡，故c正確；
d．CO的生成速率與H₂的生成速率相等，證明反應正向進行，故d錯誤；
故答案為：ac；    
（2）CO一空氣燃料電池，一氧化碳在負極失電子發生氧化反應，電解質是攙雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導O²．該電池負極的電極反應式為：CO-2e^-+O^2-=CO₂，
故答案為：CO-2e^-+O^2-=CO₂；   
（3）①CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g），反應△S＜0，依據自發進行的判斷依據△H-T△S＜0，所以△H＜0，故答案為：該反應△H＜0；
②H₂（g）、CO（g）和 CH₄（g）的燃燒熱分別為285.8kJ?mol^-1、283.0kJ?mol^-1和890，0kJ?mol^-1．
a、H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1
b、CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂ （g）△H=-283.0kJ?mol^-1
c、CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890，0kJ?mol^-1
依據蓋斯定律（b+a）×2-c得到2CO（g）+2H₂（g）?CH₄（g）+C0₂（g）△H=-247.6 kJ?mol^-1
故答案為：2CO（g）+2H₂（g）?CH₄（g）+C0₂（g）△H=-247.6 kJ?mol^-1；
（4）①從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率“看，圖象中轉化率變化最大的是3.5×10⁶ Pa～4.0×10⁶Pa，
故答案為：3.5×10⁶ Pa～4.0×10⁶Pa；
②依據圖象分析溫度在高于80°C對反應速率影響不大，反應是放熱反應，溫度過高，平衡逆向進行，不利于轉化率增大，
故答案為：高于80℃時，溫度對反應速率影響較小；且反應放熱，升高溫度時平衡逆向移動，轉化率降低．

點評：本題考查平衡標志的判斷，熱化學方程式的計算應用，圖象分析判斷，注意掌握基礎知識的掌握，題目難度中等．