Question

【题目】煤的综合利用是一个减少污染、提高燃料利用率的重要课题，其常用的方法包括煤的气化、液化以及转化为有机产品等。请回答下列问题：

（1）已知：I.C(s)、CO(g)、H2(g)的燃烧热依次为△H1=-393.5kJ·mol-1、△H2=-283.0kJ·mol-1、△H3=-285.8kJ·mol-1

II.H2O(l)=H2O(g)△H4=＋44.0kJ·mol-1

则煤气化主要反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的△H=___。

（2）现在一恒温的刚性容器中加入足量煤，并通入1mol水蒸气，发生反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)，则下列指标能够说明已到达平衡状态的有___ (填标号)。

①气体的密度保持不变；②断裂2molH-O键的同时生成1molH-H键；③CO的体积分数保持不变；④气体的平均摩尔质量不变；⑤CO与H2的比例保持不变；⑥容器的压强保持不变。

（3）气化后，将水煤气CO与H2化合CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)可得到甲醇，最终实现煤的间接液化。已知在T℃时，其正反应速率为v正=k正·(CO)·c2(H2)，逆反应速率为v逆=k逆·c(CH3OH)，其中k为速率常数，其数值k正=97.5，k逆=39.0，则该温度下的平衡常数K=___；若在T℃下，向一体积为2L的刚性密闭体系中通入3molCO、2molH2和5molCH3OH，则此时证v正___v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。

（4）关于CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，下列说法正确的是___(填字母)。

A.加压有利于速率加快和平衡向正反应方向移动

B.甲醇的平衡体积分数随着CO与H2投料比的增大而增大

C.使用催化性能好的催化剂，可提高H2的平衡转化率

D.在恒温恒容条件下达到平衡后，通入Ar，平衡向逆反应方向移动

E.已知E[CO(g)＋2H2(g)]>E[CH3OH(g)](E表示物质的能量)，则降温有利于提高正反应进行的程度

（5）在一特殊的恒容容器中，充入一定量的CO(g)与H2(g)来模拟CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，测得v正随时间的变化曲线如图所示，则t之前v正逐渐增大的原因为___；t之后v正又逐渐减小的原因为___。

（6）煤经过一系列转化还可得到草酸。常温下，向某浓度的草酸溶液中加入一定量某浓度的NaOH溶液，所得溶液中c(HC2O4-)=c(C2O42-)，则此时溶液的pH=___(已知常温下H2C2O4的Ka1=6×10-2，Ka2=6×10-5，lg6=0.8)。

Answer 1

【答案】+131.3 kJ·mol-1 ①③④⑥ 2.5 大于 AE 容器为绝热体系，反应正向进行时放出热量，其影响大于浓度减小的影响，整体反应速率逐渐增大 随着反应进行，浓度减小的影响大于反应放热的影响，整体反应速率逐渐减小 4.2

【解析】

(1)根据C(s)、CO(g)、H2(g)的燃烧热可得：

①C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393.5 kJ/mol；
②CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H2=-283.0 kJ/mol；
③H2(g)+O2(g)=H2O(g)△H3=-285.8kJ/mol；

又有④H2O(l)=H2O(g)△H4=＋44.0kJ·mol-1

根据盖斯定律，①-②-③-④得C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的△H=△H1-△H2-△H3- H4=+131.3 kJ·mol-1；

(2)①反应物中有固体，平衡正向移动时气体的质量会变大，容器体积不变，所以气体的密度会发生改变，所以当密度不变时可以说明反应达到平衡，故正确；

②无论反应是否平衡，断裂2molH-O键即有1molH2O参与反应时，一定生成1mol氢气，即生成1molH-H键，故错误；

③平衡移动时CO的体积分数会发生改变，所以当CO的体积分数不变时说明反应已达到平衡，故正确；

④可用极性法考虑，反应未进行时，气体平均摩尔质量为水蒸气的相对分子质量，若完全进行则为CO和H2的平均相对分子质量，即反应进行过程中气体的平均摩尔质量会发生改变，当其不变时说明反应达到平衡，故正确；

⑤初始投料为足量煤和1mol水蒸气，则任意时刻CO与H2的比例均为1：1，故错误；

⑥反应容器容积不变，反应前后气体系数之和不同，所以未达平衡时容器内压强会发生变化，当压强不变时说明反应达到平衡，故正确；

综上所述选：①③④⑥；

(3)反应达到平衡时v正=v逆，即k正·c(CO)·c2(H2)=
k逆·c(CH3OH)，反应平衡常数K=，所以K==2.5；向体积为2L的刚性密闭体系中通入3molCO、2molH2和5molCH3OH，此时容器内c(CH3OH)=2.5mol/L，c(CO)=1.5mol/L，c(H2)=1mol/L，则Qc=，所以此时平衡正向移动，即v正>v逆；

(4)A．反应特点为前后气体系数不等，且前面气体系数大于后面，加压有利于速率加快和平衡向正反应方向移动，A项正确；

B．甲醇的平衡体积分数随着CO与H2投料比的增大先增大后减小，在CO与H2投料比为

1: 2时取得最大值，B项错误；

C．使用催化剂可降低反应活化能，加快反应速率，但不影响平衡，不能改变H2的平衡转化率，C项错误；

D．在恒温恒容条件下达到平衡后，通入Ar，反应物生成物浓度都不变，平衡不移动，D项错误；

E．已知E[CO(g)＋2H2(g)]>E[CH3OH(g)]，说明正反应放热，降温有利于提高正反应的程度，E项正确；

综上所述选AE；

(5)容器为绝热体系，反应正向进行时放出热量，其影响大于浓度减小的影响，整体反应速率逐渐增大；随着反应进行，浓度减小的影响大于反应放热的影响，整体反应速率逐渐减小；

(6)草酸第二步电离平衡常数Ka2==6×10-5，溶液中c(HC2O4-)=c(C2O42-)，则溶液中c(H+)=6×10-5mol/L，又已知lg6=0.8，所以-lg(6×10-5)=4.2，即pH=4.2。