题目内容

19．“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍，科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出了热值高达122500～16000kJ•m-3的煤炭气，其主要成分是CO和H2．CO和H2可作为能源和化工原料，应用十分广泛．
（1）已知：C（s）+O2（g）=CO2（g）△H1=-393.5kJ•mol-1①
2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H2=-483.6kJ•mol-1②
C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H3=+131.3kJ•mol-1③
则反应CO（g）+H2（g）+O2（g）=H2O（g）+CO2（g），△H=-524.8kJ•mol-1．
标准状况下的煤炭气（CO、H2）33.6L与氧气完全反应生成CO2和H2O，反应过程中转移3mol e-．
（2）工作温度650℃的熔融盐燃料电池，是用煤炭气（CO、H2）作负极燃气，空气与CO2的混合气体为正极燃气，用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔点混合物做电解质，以金属镍（燃料极）为催化剂制成的．若负极的气体按物质的量之比为1：1参与反应，该电极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-．
（3）密闭容器中充有10mol CO与20mol H2，在催化剂作用下反应生成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）；CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系如图所示．
①若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态，此时在A点时容器的体积为VAL，则该温度下的平衡常数K=$\frac{{V}^{2}}{100}$L2/mol2；A、B两点时容器中，n（A）总：n（B）总=5：4．
②若A、C两点都表示达到的平衡状态，则自反应开始到达平衡状态所需的时间tA大于tC（填“大于”、“小于”或“等于”）．
③在不改变反应物用量的情况下，为提高CO的转化率可采取的措施是降温、加压、将甲醇从混合体系中分离出来．

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律来计算得到；依据n=$\frac{V}{22.4}$计算物质的量结合化学方程式的电子转移计算；
（2）燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，正极上是氧气得到电子发生还原反应；
（3）①A、B点是同温度下的平衡，转化率变化，但平衡常数不变，结合化学平衡三段式列式计算A处的平衡常数，A点一氧化碳转化率为50%，B点一氧化碳转化率为70%；
②C点温度高速率达，达到平衡所需要的时间短；
③提高CO的转化率可采取的措施是改变条件促使平衡正向进行．

解答 解：（1）C（s）+O2（g）=CO2（g）△H1=-393.5kJ/mol①
C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H2=+131.3kJ/mol②
由盖斯定律①-②得到CO（g）+H2（g）+O2（g）=H2O（g）+CO2（g）△H=-524.8KJ/mol；
在标准状况下，33.6L的煤炭合成气物质的量为1.5mol，与氧气完全反应生成CO2和H2O，反应过程中2mol合成气完全反应电子转移4mol，所以1.5mol合成气反应转移电子3mol；
故答案为：-524.8； 3；
（2）燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，正极上是氧气得到电子发生还原反应，空气与CO2的混合气体为正极燃气，用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔点混合物做电解质，以金属镍（燃料极）为催化剂制成的，正极反应是氧气得到电子发生还原反应，电极反应为：O2+4e-+2CO2=2CO32-；
故答案为：O2+4e-+2CO2=2CO32-；
（3）CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g），图象分析温度越高，一氧化碳转化率减小，逆向进行，正反应是放热反应；
①依据图象分析可知AB是同温度下的平衡，平衡常数随温度变化，所以平衡常数不变，A点一氧化碳转化率为50%，B点一氧化碳转化率为70%，密闭容器中充有10mol CO与20mol H2，A点平衡常数结合平衡三段式列式计算；
              CO（g）+2H2 （g）?CH3OH（g）
起始量（mol）  10      20        0
变化量（mol）  5       10        5 
平衡量（mol）  5       10        5
平衡常数K=$\frac{\frac{5mol}{VL}}{\frac{5mol}{VL}×（\frac{10mol}{VL}）^{2}}$=$\frac{{V}^{2}}{100}$L2/mol2；
B点一氧化碳转化率为70%，结合平衡三段式列式计算
                         CO（g）+2H2 （g）?CH3OH（g）
起始量（mol）  10            20               0
变化量（mol）  7             14               7
平衡量（mol）  3             6                7
A、B两点时容器中，n（A）总：n（B）总=（5+10+5）：（3+6+7）=20：16=5：4；
故答案为：$\frac{{V}^{2}}{100}$L2/mol2；5：4；
②达到A、C两点的平衡状态所需的时间，C点温度高反应速率快达到反应速率需要的时间短，tA＞tC，
故答案为：大于；
③反应是气体体积减小的放热反应，提高CO的转化率可采取的措施是降温、加压、分离出甲醇，
故答案为：降温、加压、将甲醇从混合体系中分离出来．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡标志判断，图象分析，影响平衡的因素分析判断，化学平衡移动原理是解题关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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时间/min
浓度/（mol/L）		01020304050
NO2.01.160.800.800.960.96
N200.420.600.600.720.72
CO200.420.600.600.720.72
（1）根据图表数据分析T1℃时，该反应在0-20min的平均反应速率v（N2）=0.03mol•L-1•min-1；计算该反应的平衡常数K=0.56．
（2）30min后，只改变某一条件，根据上表的数据判断改变的条件可能是BC（双选）
A．加入合适的催化剂     B．适当缩小容器的体积
C．通入一定量的NO       D．加入一定量的活性炭
（3）若30min后升高温度至T2℃，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5：3：3，则达到新平衡时NO的转化率降低 （填“升高”或“降低”），△H＜0（填“＞”或“＜”）．
11．实验室配制80mL 1mol/L硫酸铜溶液，正确的操作是（　　）
A．称量12.8gCuSO4溶解在100mL水中
B．称量25.0gCuSO4•5H2O晶体溶于100mL水中
C．称量16.0gCuSO4溶于水，然后稀释至100mL
D．称量20.0gCuSO4•5H2O晶体溶于水，然后稀释至100mL
8．常温下，在溶液中可发生以下反应：
①H++Z-+XO42-→X2++Z2+H2O（未配平），
②2M2++R2═2M3++2R-
③2R-+Z2═R2+2Z-．
由此判断下列说法正确的是（　　）
A．氧化性强弱顺序为XO42-＞Z2＞R2＞M3+
B．Z2在③中发生氧化反应
C．R元素在反应②中被氧化，在③中被还原
D．常温下反应不可进行2M2++Z2═2M3++2Z-
9．煤和煤制品（如水煤气、焦炭、甲醚等）已广泛应用于工农业生产中．
（1）已知：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ．mol-l
CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJ．mol-l
则碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为C（s）+2H2O（g）=CO2（g）+2H2（g）△H=+90.0kJ．mol-1，该反应在高温（填“高温”、“低温”或“任何温度”）下有利于正向自发进行．
（2）利用炭还原法可处理氮氧化物（如NO等），发生的反应为C（s）+2NO（g）?N2（g）+CO2 （g）．向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，在T1℃时，不同时间测得的各气体的浓度如表所示：
时间（min）
浓度（mol•L-1）
物质		01020304050
NO1.000.680.500.500.600.60
N200.160.250.250.300.30
CO200.160.250.250.300.30
①10～20min内，N2的平均反应速率可v（N2）=0.009mol．L-l．min-l．
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是AD（填字母）．
A．通入一定量的NO     B．加入一定量的活性炭
C．加入合适的催化剂    D．遁当缩小容器的体积
（3）研究表明，反应CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g）的平衡常数随温度的变化如表所示：
温度/℃400500800
平衡常数K9.9491
若反应在500℃时进行，设起始时CO和H2O的浓度均为0.020mol•L-l，在该条件下达到平衡时，CO的转化率为75%．

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