Question

煤经过化学加工可转化为气体或液体以及各种化工产品，从而提高了煤的利用率．
（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）△H=+131.5kJ?mol^-1
①下列措施中，能提高碳的转化率的是

 

（填字母序号）
a．容器的体积不变，增加水蒸气的物质的量
b．缩小容器的体积，增大压强
c．及时将水煤气从容器中移走
d．其他条件不变，升高温度
②又知C（s）+CO₂ （g）?2CO（g）△H=+172.5kJ?mol^-1则CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的焓变（△H）为

 

．
（2）CO和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，可用于设计燃料电池．如图是甲醇燃料电池的原理示意图．

①a处通入的是

 

（填物质名称），右侧电极上发生

 

（填“氧化”或“还原”）反应．
②该电池工作过程中，H+的移动方向为从

 

到

 

（填“左”或“右”）．
③该电池负极反应式为

 

．
④若用该电池提供的电能电解600ml 0.2mol?L^-1NaCl溶液，设有0.01mol CH₃OH完全放电，且电解产生的Cl2全部溢出，电解前后忽略溶液体积的变化，则电解时阳极反应式为

 

，电解结束后所得溶液的pH=

 

．若向电解后的溶液加入适量的醋酸至溶液的pH恰好等于7（反应前后忽略溶液体积的变化），则此时溶液中c（Na⁺）：c（CH₃COO^-）=

 

．
（3）在25℃时，将两个铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解，通电一段时间后，阴极逸出a mol气体，同时有W g Na₂SO₄?10H₂O晶体析出，若温度不变，此时剩余溶液的质量分数是

 

（用含字母a、W的代数式表示）．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,热化学方程式,电极反应和电池反应方程式

专题：

分析：（1）①根据平衡的移动判断．
②根据盖斯定律计算．
（2）①电池总反应为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，原电池中电子从负极经外电路流向正极，由图可知，左侧电极流出电子，为负极，发生氧化反应，所以，a处通入甲醇．
②甲醇在催化剂作用下提供质子和电子，电子经外电路、质子经内电路通过质子交换膜到达另一极与氧气反应．
③H⁺与氧气在正极发生还原反应．
④计算出0.01molCH₃OH完全放电转移的电子的物质的量，根据电解氯化钠溶液原理，可知电解生成氢氧化钠为电解过程转移的电子的物质的量，利用Kw求出H⁺浓度，再利用pH=-logc（H⁺）计算，分析电解后溶液中离子物质的量和溶液中电荷守恒计算得到；
（3）用Pt作电极，电解饱和硫酸钠溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上氢离子放电生成氢气，实际上是电解的水，发生总反应2H₂O

通电  .

O₂↑+2H₂↑，电解水后，溶液中硫酸钠过饱和导致析出晶体，剩余的电解质溶液仍是饱和溶液，析出的硫酸钠晶体和电解的水组成的也是饱和溶液，根据质量分数公式计算即可．

解答： 解：（1）①a、容器的容积不变，增加水蒸汽的物质的量，水蒸汽的浓度增大，平衡向正反应移动，碳的转化率提高，故a正确；
b、缩小容器的容积，增大压强，平衡向体积减小的方向移动，即向逆反应移动，碳的转化率降低，故b错误；
c、及时将水煤气从容器中移走，生成物的浓度降低，平衡向正反应移动，碳的转化率提高，故c正确；
d、该反应为吸热反应，其他条件不变，升高温度，向吸热方向移动，即平衡向正反应移动，碳的转化率提高，故d正确；
故答案为：acd；
②已知反应：①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；△H=131.5kJ?mol^-1
②C（s）+CO₂（g）?2CO（g）；△H=172.5kJ?mol^-1
所以①-②得，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41kJ?mol^-1
故答案为：-41kJ?mol^-1
（2））①电池总反应为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，原电池中电子从负极经外电路流向正极，由图可知，左侧电极流出电子，为负极，发生氧化反应，右侧发生还原反应，所以，a处通入甲醇，
故答案为：甲醇；还原；
②甲醇在催化剂作用下提供质子和电子，电子经外电路、质子经内电路通过质子交换膜到达另一极与氧气反应．所以H⁺的移动方向为从左到右．
故答案为：左；右；
③H⁺与氧气在正极发生还原反应，电极反应式为4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O，甲醇在负极反应，电极反应式为：CH₃OH-6e-+H₂O=CO²⁺6H⁺，
故答案为：CH₃OH-6e-+H₂O=CO²⁺6H⁺；
④0.01molCH₃OH完全放电转移的电子的物质的量为0.01mol×[4-（-2）]=0.06mol，根据电解氯化钠溶液原理，阳极反应式为2 Cl^--2e^-=Cl₂↑；正极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，可知溶液中n（OH^-）=0.06mol，所以c（OH^-）=

0.06mol

0.6L

=0.1mol/L，所以c（H⁺）

KW

c(OH-)

=

10-14

0.1

=10^-13，pH=-logc（H⁺）=-log（10^-13）=13；电解后溶液中氯化钠中氯离子剩余0.6L×0.2mol?L^-1-0.06mol=0.06mol，钠离子剩余0.12mol，若向电解后的溶液加入适量的醋酸至溶液的pH恰好等于7，溶液中溶质为CH₃COOH和CH₃COONa，溶液中存在电荷守恒，c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（CH₃COO^-）+c（Cl^-），c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）+c（Cl^-），c（Na⁺）：c（CH₃COO^-）=2：1；
故答案为：2 Cl^--2e^-=Cl₂↑；13；2：1；
（3）用Pt作电极，电解饱和硫酸钠溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上氢离子放电生成氢气，电解水后，溶液中硫酸钠过饱和导致析出晶体，剩余的电解质溶液仍是饱和溶液，析出的硫酸钠晶体和电解的水组成的也是饱和溶液，
w g Na₂SO₄?10H₂O硫酸钠的质量=w g×

142

322

=

71W

161

g，
设电解水的质量为x：
2H₂O

通电  .

O₂↑+2H₂↑，
36g 2mol
x amol
x=18ag
所以饱和溶液的质量分数=

71W 161 g

(W+18a)g

×100%=

7100W

161(W+18a)

%，故答案为：

7100W

161(W+18a)

%．

点评：本题综合性较大，涉及反应热、化学平衡、原电池、电解、pH值计算等，题目难度中等，注意利用盖斯定律计算反应热．