Question

5．工业常用燃料与水蒸气反应制备H₂和CO，再用H₂和CO合成甲醇．
（1）制取H₂和CO通常采用：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.4kJ•mol^?1，下列判断正确的是ad．
a．该反应的反应物总能量小于生成物总能量
b．标准状况下，上述反应生成1L H₂气体时吸收131.4 kJ的热量
c．若CO（g）+H₂（g）?C（s）+H₂O（1）△H=-QkJ•mol^?1，则Q＜131.4
d．若C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁；CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂ 则：△H₁+△H₂=+131.4kJ•mol^?1
（2）甲烷与水蒸气反应也可以生成H₂和CO，该反应为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．已知在某温度下2L的密闭绝热容器中充入2.00mol甲烷和1.00mol水蒸气，测得的数据如表：

	不同时间各物质的物质的量/mol
	0min	2min	4min	6min
CH4	2.00	1.76	1.60	n2
H2	0.00	0.72	n1	1.20

根据表中数据计算：
①0min～2min 内H₂的平均反应速率为0.18mol•L^-1•min^-1．
②达平衡时，CH₄的转化率为20%．在上述平衡体系中再充入2.00mol甲烷1.00mol 水蒸气，达到新平衡时H₂的体积分数与原平衡相比变小（填“变大”、“变小”或“不变”），可判断该反应达到新平衡状态的标志有ad．（填字母）
a．CO的含量保持不变             b．容器中c（CH₄）与c（CO）相等
c．容器中混合气体的密度保持不变d．3ν_正（CH₄）=ν_逆（H₂）
（3）合成甲醇工厂的酸性废水中含有甲醇（CH₃OH），常用向废液中加入硫酸钴，再用微生物电池电解，电解时Co²⁺被氧化成Co³⁺，Co³⁺把水中的甲醇氧化成CO₂，达到除去甲醇的目的．工作原理如图（ c为隔膜，甲醇不能通过，其它离子和水可以自由通过）．

①a电极的名称为阳极．
②写出除去甲醇的离子方程式6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．
③微生物电池是绿色酸性燃料电池，写出该电池正极的电极反应式为4H⁺+O₂+4e-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）a、反应是吸热反应，依据能量守恒分析判断，生成物能量总和大于反应物能量总和，故a正确；
b、标准状况下，上述反应生成1mol H₂气体时吸收131.4 kJ的热量，故b错误；
c、若CO（g）+H₂（g）?C（s）+H₂O（1）△H=-QkJ•mol-¹，则Q=131.4，故c错误；
d、根据盖斯定律，若C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁；CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂ 则：△H₁+△H₂=+131.4kJ•mol-¹，故d正确；
（2）①0min～2min 内H₂的平均反应速率为$\frac{0.72mol}{2L•2min}$=0.18mol•L^-1•min^-1；
②4min时，参加反应的甲烷为2mol-1.6mol=0.4mol，生成氢气为0.4mol×3=1.2mol，达到平衡，此时甲烷的转化率为$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%；在上述平衡体系中再充入2.00mol甲烷和1.00mol 水蒸气，压强增大，平衡向逆反应方向移动，达到新平衡时H₂的体积分数与原平衡相比变小；
a．CO的含量保持不变，反应达到平衡；
b．容器中c（CH₄）与c（CO）相等，不一定平衡；
c．容器中混合气体的密度一直不变，不是平衡状态的标志；
d．3ν_正（CH₄）=ν_逆（H₂），反应达到平衡；
（3）①电极a，Co²⁺被氧化成Co³⁺，发生氧化反应，为电解池的阳极；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co³⁺被还原生成Co²⁺，溶液呈酸性，则生成物中含有氢离子，所以该反应离子方程式为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，
③微生物电池是绿色酸性燃料电池，氧气在正极放电4H⁺+O₂+4e-=2H₂O．

解答 解：（1）a、反应是吸热反应，依据能量守恒分析判断，生成物能量总和大于反应物能量总和，故a正确；
b、标准状况下，上述反应生成1mol H₂气体时吸收131.4 kJ的热量，故b错误；
c、若CO（g）+H₂（g）?C（s）+H₂O（1）△H=-QkJ•mol-¹，则Q=131.4，故c错误；
d、根据盖斯定律，若C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁；CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂ 则：△H₁+△H₂=+131.4kJ•mol-¹，故d正确；
故答案为：ad；
（2）①0min～2min 内H₂的平均反应速率为$\frac{0.72mol}{2L•2min}$=0.18mol•L^-1•min^-1，故答案为：0.18mol•L^-1•min^-1；
 ②4min时，参加反应的甲烷为2mol-1.6mol=0.4mol，生成氢气为0.4mol×3=1.2mol，达到平衡，此时甲烷的转化率为$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%；在上述平衡体系中再充入2.00mol甲烷和1.00mol 水蒸气，压强增大，平衡向逆反应方向移动，达到新平衡时H₂的体积分数与原平衡相比变小；
a．CO的含量保持不变，反应达到平衡；
b．容器中c（CH₄）与c（CO）相等，不一定平衡；
c．容器中混合气体的密度一直不变，不是平衡状态的标志；
d．3ν_正（CH₄）=ν_逆（H₂），反应达到平衡；
故答案为：20%；变小；ad；
（3）①电极a，Co²⁺被氧化成Co³⁺，发生氧化反应，为电解池的阳极；故答案为：阳极；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co³⁺被还原生成Co²⁺，溶液呈酸性，则生成物中含有氢离子，所以该反应离子方程式为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，故答案为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=6Co²⁺+CO₂+6H⁺．
③微生物电池是绿色酸性燃料电池，氧气在正极放电4H⁺+O₂+4e-=2H₂O，故答案为：4H⁺+O₂+4e-=2H₂O．

点评 本题考查了化学反应焓变和能量变化特征分析，注意焓变表达的意义和可能反应不能进行彻底的分析判断，题目较简单．