Question

碳及其化合物有广泛的用途。

(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气。反应为

C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1，

以上反应达到平衡后，在体积不变的条件下，以下措施有利于提高H2O的平衡转化率的是________。(填序号)

A．升高温度 B．增加碳的用量 C．加入催化剂 D．用CO吸收剂除去CO

(2)已知：C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH＝＋172.5 kJ·mol－1，则CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的焓变ΔH＝________。

(3)CO与H2在一定条件下可反应生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。甲醇是一种燃料，可利用甲醇设计一个燃料电池，用稀硫酸作电解质溶液，多孔石墨作电极，该电池负极反应式为__________________________________。

若用该电池提供的电能电解60 mL NaCl溶液，设有0.01 mol CH3OH完全放电，NaCl足量，且电解产生的Cl2全部逸出，电解前后忽略溶液体积的变化，则电解结束后所得溶液的pH＝________。

(4)将一定量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2.0 L的恒容密闭容器中，发生以下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)。得到如下数据：

温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
H2O	CO	H2	CO
900	1.0	2.0	0.4	1.6	3.0

 

通过计算求出该反应的平衡常数(结果保留两位有效数字)________。改变反应的某一条件，反应进行到t min时，测得混合气体中CO2的物质的量为0.6 mol。若用200 mL 5 mol/L的NaOH溶液将其完全吸收，反应的离子方程式为(用一个离子方程式表示)__________________________

(5)工业生产是把水煤气中的混合气体经过处理后获得的较纯H2用于合成氨。合成氨反应原理为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。实验室模拟化工生产，分别在不同实验条件下反应，N2浓度随时间变化如图甲所示。

 

请回答下列问题：

①与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ改变的条件为________________________________。

②实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高，其他条件相同，请在图乙中画出实验Ⅰ和实验Ⅲ中NH3浓度随时间变化的示意图。

 

Answer 1

(1)AD

(2)－41.2 kJ·mol－1

(3)CH3OH(g)＋H2O－6e－=CO2＋6H＋　14

(4)K＝＝0.17　3CO2＋5OH－=2CO32—＋HCO3—＋2H2O

(5)①使用催化剂

②

【解析】(1)该反应为吸热反应，升高温度，平衡向右移动，反应物平衡转化率升高，A项正确；增加固体反应物的量不会引起平衡的移动，B项错误；催化剂不能使平衡移动，C项错误；生成物浓度降低，平衡向正反应方向移动，反应物平衡转化率升高，D项正确。(2)根据盖斯定律，方程式C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)与C(s)＋CO2(g)??2CO(g)相减可得CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)，则ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1－172.5 kJ·mol－1＝－41.2 kJ·mol－1。(3)电池总反应为2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O，酸性条件下，正极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，总反应减去正极反应可得负极反应为CH3OH(g) ＋H2O－6e－=CO2 ＋6H＋；0.01 mol CH3OH完全放电可提供0.06 mol电子，则电解NaCl溶液时电路中流过的电子为0.06 mol，生成OH－的物质的量为0.06 mol，溶液中c(OH－)＝1 mol/L，pH＝14。

(4)由题目所给数据可知：

CO(g)　＋　H2O(l)??CO2(g)　＋　H2(g)　　

起始量 2.0 mol 1.0 mol 0 0

转化的量 0.4 mol 0.4 mol 0.4 mol 0.4 mol

平衡量 1.6 mol 0.6 mol 0.4 mol 0.4 mol

平衡浓度 0.8 mol/L 0.3 mol/L 0.2 mol/L 0.2 mol/L

则K＝≈0.17；由题意可知，CO2和NaOH的物质的量之比为3∶5，可知产物中CO32—和HCO3—共存。(5)①与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ中反应速率加快且反应物平衡转化率没有改变，故改变的条件为使用了催化剂；②温度升高，达到平衡的时间缩短，则在曲线中早到达拐点；该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，故生成物浓度降低