Question

（14分）煤炭气化可以提高燃料的利用率，又可以合成新型能源。

（1）煤炭气化时发生的反应为：C（s）＋H₂O（g）H₂（g）＋CO（g）。

①已知：2C （s）＋O₂ （g）＝2CO （g）；△H₁＝–221．0 kJ mol^–1

2H₂ （g）＋O₂ （g）＝2H₂O （g）；△H₂＝–483．6 kJ mol^–1

则煤气化反应的△H＝          。

②煤气化反应的平衡常数表达式K＝     ，温度升高，平衡常数           。

（2）水煤气可以合成甲醇：CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）。一定条件下，向体积为1 L的密闭容器中充入1 mol CO和3 mol H₂，反应达到平衡状态时，CO的平衡转化率为75%。

①从反应开始到平衡，H₂的平均反应速率υ（H₂）＝                 。

②反应达平衡后充入适量氢气并维持H₂浓度和容器的温度不变，增大容器的体积，跟原平衡相比较达到新平衡时CO的转化率        （填“增大”、“不变”或“减小”），其原因是                                               。

③将3.2 g甲醇充分燃烧后的产物通入75 mL2 mol/L的NaOH溶液，所得溶液中离子浓度大小顺序为                     。

 

Answer 1

【答案】

⑴①＋131．3 kJ mol^–1(2分)   ②(2分)  增大   (2分)

⑵①0.150mol·L^－1·min^－1(2分)   ②不变(2分)  保持温度不变，则平衡常数不变，增大容器体积，维持H₂浓度不变，则浓度幂等于平衡常数K，K不变，所以不变，故CO的转化率不变。     (2分)③c(Na^＋)＞c(HCO₃^－    )＞c(CO₃^{2 －})＞c(OH^－)＞c(H^＋) (2分)

【解析】⑴①考查盖斯定律的应用。设提供的两个热化学方程式分别为a、b，根据盖斯定律，由(a－b)×，可得：C(s)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO(g)，故△H＝(－221＋483．6)kJ mol^–1×＝＋131.3 kJ mol^–1。

②平衡常数是指在一定条件下，可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据方程式可知，平衡常数的表达式为K＝。应用正反应是吸热反应，所以升高温度，平衡向正反应方向移动，，因此平衡常数增大。

⑵①CO的平衡转化率为75%，所以v(CO)＝＝0.075 mol·L^－1·min^－1。由于反应速率之比是相应的化学计量数之比，因此v(H₂)＝2v(CO₂)＝0.150 mol·L^－1·min^－1。

②保持温度不变，则平衡常数不变，增大容器体积，维持H₂浓度不变，则浓度幂等于平衡常数K，K不变，所以不变，故CO的转化率不变。

③3.2g甲醇完全燃烧生成的CO₂是3.2g÷32g/mol＝0.1mol，氢氧化钠是0.15mol，所以根据方程式可知，反应后得到等物质的量浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液，溶液显碱性。由于CO₃^{2 －}水解程度大于HCO₃^－    的水解程度，因此离子浓度大小为c(Na^＋)＞c(HCO₃^－    )＞c(CO₃^{2 －})＞c(OH^－)＞c(H^＋)。