Question

6．在高温高压下CO具有极高的化学活性，能与多种单质或化合物反应．
（1）若在恒温恒容的容器内进行反应：C（s）+H₂O（g）$\stackrel{高温}{?}$CO（g）+H₂（g），则可用来判断该反应达到平衡状态的标志有ac（填字母）．
a．容器内的压强保持不变          b．容器中H₂的浓度与CO的浓度相等
c．容器中混合气体的密度保持不变  d．CO的生成速率与H₂的生成速率相等
（2）CO-空气燃料电池中使用的电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2-．该电池负极的电极反应式为CO-2e^-+O^2-=CO₂．
（3）一定条件下，CO与H₂可合成甲烷，反应的化学方程式为CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）．
①一定条件下，该反应能够自发进行的原因是该反应△H＜0．
②已知H₂（g）、CO（g）和 CH₄（g）的燃烧热分别为285.8kJ•mol^-1、283.0kJ•mol^-1和890，.0kJ•mol^-1．写出 C O与H₂反应生成CH₄和CO₂的热化学方程式：2CO（g）+2H₂（g）?CH₄（g）+C0₂（g）△H=-247.6kJ•mol^-1．
（4）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，反应的热化学方程式如下：
CH₃OH（g）+CO（g）$?_{△}^{催化剂}$HCOOCH₃（g）△H=-29.1kJ•mol^-1
科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是3.5×10⁶Pa～4.0×10⁶Pa．
②实际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是高于80℃时，温度对反应速率影响较小；且反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低．

Answer 1

分析 （1）恒温恒容的容器内进行反应C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），平衡标志是正逆反应速率相同，各组分含量不变；
（2）CO一空气燃料电池，一氧化碳在负极失电子发生氧化反应；
（3）①依据自发进行的判断依据分析，△H-T△S＜0；
②依据燃烧热写出反应的热化学方程式，结合盖斯定律计算得到；
（4）①依据转化率曲线分析判断；
②图象分析速率随温度变化的趋势分析回答．

解答 解：（1）在恒温恒容的容器内进行反应C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
a．反应前后气体压强变化的反应，容器内的压强保持不变，说明反应达到平衡，故a正确；
b．容器中H₂浓度与CO浓度相等不一定达到平衡，故b错误；
c．反应中有固体碳反应，平衡变化，气体质量发生变化，容器中混合气体的密度保持不变，能说明反应达到平衡，故c正确；
d．CO的生成速率与H₂的生成速率相等，证明反应正向进行，故d错误；
故答案为：ac；    
（2）CO一空气燃料电池，一氧化碳在负极失电子发生氧化反应，电解质是搀杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O²．该电池负极的电极反应式为：CO-2e^-+O^2-=CO₂，
故答案为：CO-2e^-+O^2-=CO₂；   
（3）①CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g），反应△S＜0，依据自发进行的判断依据△H-T△S＜0，所以△H＜0，故答案为：该反应△H＜0；
②H₂（g）、CO（g）和 CH₄（g）的燃烧热分别为285.8kJ•mol^-1、283.0kJ•mol^-1和890，0kJ•mol^-1．
a、H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
b、CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂ （g）△H=-283.0kJ•mol^-1
c、CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890，0kJ•mol^-1
依据盖斯定律（b+a）×2-c得到2CO（g）+2H₂（g）?CH₄（g）+C0₂（g）△H=-247.6 kJ•mol^-1
故答案为：2CO（g）+2H₂（g）?CH₄（g）+C0₂（g）△H=-247.6 kJ•mol^-1；
（4）①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率“看，图象中转化率变化最大的是3.5×10⁶ Pa～4.0×10⁶Pa，
故答案为：3.5×10⁶ Pa～4.0×10⁶Pa；
②依据图象分析温度在高于80°C对反应速率影响不大，反应是放热反应，温度过高，平衡逆向进行，不利于转化率增大，
故答案为：高于80℃时，温度对反应速率影响较小；且反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低．

点评 本题考查平衡标志的判断，热化学方程式的计算应用，图象分析判断，注意掌握基础知识的掌握，题目难度中等．