题目内容
【题目】十九大报告提出要对环境问题进行全面、系统的可持续治理。绿色能源是实施可持续发展的重要途径，利用生物乙醇来制取绿色能源氢气的部分反应过程如下图所示：
(1)已知：CO(g) +H2O(g)CO2(g)+H2(g) H1=-41 kJ·mol-1
CH3CH2OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g) H2 =+174.1 kJ·mol-1
反应I的热化学方程式为______。
(2)反应II在进气比[n(CO) : n(H2O)]不同时，测得相应的 CO 平衡转化率见下图(各点对应的反应温度可能相同，也可能不同；各点对应的其他反应条件都相同)。
①图中A、E和 G三点对应的反应温度TA、TE、TG的关系是_____，其原因是 ______。该温度下，要提高CO平衡转化率，除了改变进气比之外，还可采取的措施是______。
②由图中可知CO的平衡转化率与进气比、反应温度之间的关系是____。
③A、B 两点对应的反应速率大小：vA_____vB(填“<” “=”或“>”)。已知反应速率 v=v正v逆= k正x(CO)x(H2O) k逆x(CO2) x(H2) ，k为反应速率常数，x为物质的量分数，在达到平衡状态为D点的反应过程中，当CO的转化率刚好达到20％时，
=_____。
(3)反应III在饱和KHCO3电解液中，电解活化的CO2来制备乙醇，其原理如图所示，则阴极的电极反应式为___________。
【答案】CH3CH2OH(g)+H2O(g)4H2(g)+2CO(g) H= +256.1 kJ·mol-1 TA=TE=TG KA=KE=KG=1 及时移去产物 温度相同，进气比越大，CO的平衡转化率越小；进气比相同，反应温度越高，CO的平衡转化率越小 ＜ 36.0 14CO2+12e+9H2O═CH3CH2OH+12HCO3
【解析】
(1)反应I化学方程式为CH3CH2OH(g)+H2O(g)═4H2(g)+2CO(g)，
①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H1=-41kJ/mol
②CH3CH2OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g)△H2=+174.1kJ/mol
根据盖斯定律②-①×2计算CH3CH2OH(g)+H2O(g)═4H2(g)+2CO(g)的△H；
(2)①反应II为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H1=-41kJ/mol，正反应放热，可用A、E和G三点对应数值结合反应三段式计算平衡常数，根据平衡常数的变化分析判断；根据反应特点，结合温度、浓度对平衡移动的影响分析提高CO平衡转化率的措施；
②由图可知，当CO的转化率相同时，温度由低到高对应的进气比为0.5、1、1.5，由此可确定温度与进气比的关系；
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H1=-41kJ/mol，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，CO转化率减小；达到平衡状态为D点的反应过程中，平衡常数K=
，则=
=K×
，根据反应三段式计算D点时平衡常数K、计算CO转化率刚好达到20%时各物质的物质的量分数x，代入=K×中计算比值；
(3)阴极得电子发生还原反应，结合电子守恒、电荷守恒书写电极反应方程式。
(1)反应I化学方程式为CH3CH2OH(g)+H2O(g)═4H2(g)+2CO(g)，①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H1=41kJ/mol
②CH3CH2OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g)△H2=+174.1kJ/mol
根据盖斯定律②①×2计算CH3CH2OH(g)+H2O(g)═4H2(g)+2CO(g)的△H=+174.1kJ/mol(41kJ/mol)×2=+256.1kJ/mol，即热化学方程式为CH3CH2OH(g)+H2O(g)═4H2(g)+2CO(g)△H=+256.1kJ/mol；
(2)①图中A点数值为(0.5，66.7)，即
=0.5，CO的转化率为66.7%=
，根据关系列三段式：
KA=
=
=1；
图中E点数值为(1，50)，即
=1，CO的转化率为50%，根据关系列三段式：
平衡常数KE==
=1；
图中G点数值为(1.5，40)，即=1.5，CO的转化率为40%，根据关系列三段式：
平衡常数KG ==
=1；
根据以上计算可知，KA=KE=KG=1，平衡常数不变，平衡常数是温度的函数，温度不变，则平衡常数不变，则可得TA=TE=TG；
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=41kJmol1，即正向为气体体积不变的放热反应，所以恒温条件下，增大H2O(g)的浓度或及时分离出CO2等产物均可提高CO的平衡转化率；
②由图可知，温度相同，进气比越大，CO的平衡转化率越小；进气比相同，反应温度越高，CO的平衡转化率越小；
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H1=41kJ/mol，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，CO转化率减小，则B点温度高，反应速率快，即vA＜vB；D点数值为(1，60)，反应三段式为：
D点温度下的平衡常数KD＝=
=2.25，反应达到平衡时v正=v逆，即k正x（CO）x（H2O）=k逆x（CO2）x（H2），所以
=
==K=2.25，在达到平衡状态为D点的反应过程中，当CO转化率刚好达到20%时，反应三段式为：
X（CO）=x（H2O）=
=0.4，x（CO2）=x（H2）=
=0.1，所以=
=K×=2.25×
=36.0；
(3)阴极得电子发生还原反应，故电极反应方程式14CO2+12e+9H2O═CH3CH2OH+12HCO3。
【题目】某化学实验小组将装有铜与浓硫酸烧瓶加热一段时间后，取出烧瓶中固体，探究其成分。查资料可知，浓硫酸与铜反应可能生成CuS或Cu2S，它们都难溶于水，能溶于稀硝酸。实验如下：
（i）用蒸馏水洗涤固体，得到蓝色溶液，固体呈黑色。
（ii）取少量黑色固体于试管中，加入适量稀硝酸，黑色固体逐渐溶解，溶液变为蓝色，产生无色气泡。取少量上层清液于试管，滴加氯化钡溶液，产生白色沉淀。
①根据实验（i）得到蓝色溶液可知，固体中含____________（填化学式）
②根据实验（ii）的现象_______（填“能”或“不能”）确定黑色固体是CuS还是Cu2S，理由是__________________________________________________________________________。
写出Cu2S与稀硝酸反应的化学方程式____________________________________________
③为了进一步探究黑色固体的成分，将实验（i）中黑色固体洗涤、烘干，再称取48.0g黑色固体进行如下实验，通入足量O2，使硬质玻璃管中黑色固体充分反应，观察到F瓶中品红溶液褪色。
实验序号 | 反应前黑色固体质量/g | 充分反应后黑色固体质量/g |
I | 48.0 | 48.0 |
Ⅱ | 48.0 | 44.0 |
Ⅲ | 48.0 | 40.0 |
根据上表实验数据推测：实验I中黑色固体的化学式为_____________________________；实验Ⅱ中黑色固体的成分及质量为_______________________________________________。
