题目内容

科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池．已知H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ?mol-1、-283.0kJ?mol-1和-726.5kJ?mol-1，
（1）实验测得H2和CO的混合气体共5mol，完全燃烧生成液态水时放热1417.8kJ，则混合气体中H2和CO的体积比是
 
．已知H2O（l）═H2O（g）△H=+44.0kJ?mol-1写出甲醇燃烧生成CO2和气态水的热化学方程式
 

（2）一定条件下，在体积为3L的密闭容器中反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）达到化学平衡状态．
①该反应的化学平衡常数表达式为K=
 
，温度升高该反应的平衡常数
 
（增大、减小、不变）
②判断该可逆反应达到化学平衡状态的标志是
 
（填字母）．
A．v生成（CH3OH）=v消耗（CO）
B．混合气体的密度不再改变
C．混合气体的平均相对分子质量不再改变
D．CO、H2、CH3OH的浓度相等
E．混合气体的压强不再变化
③在300℃时，将1molCO和3molH2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO的转化率为25%，则容器内的压强与起始压强之比为
 
．
④500℃时，将容器的容积压缩到原来的1/2，在其他条件不变的情况下，对平衡体系产生的影响是
 
（填字母）．
A．c（H2）减小                               B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．CH3OH的物质的量增加                   D．重新达到平衡时，
c?H2?
c?CH3OH?
减小
⑤300℃时 CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g） 达到平衡状态时，平衡常数为2.4×10-4，若在某一时刻测得c（CO）=2.0mol?L-1，c（H2）=1.0mol?L-1，c（CH3OH）=4.0×10-4 mol?L-1，该反应是否处于化学平衡状态
 
（选填“是”或“否”），此时，化学反应速度是v正
 
v逆（选填“＞”、“＜”或“=”）．
考点：热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算
专题：基本概念与基本理论
分析：（1）根据H2和CO的燃烧热，然后设出H2的物质的量，利用方程式组来解；写出甲醇的燃烧的化学方程式，根据盖斯定律来解题；
（2）①根据化学平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，列出平衡常数的表达式；根据盖斯定律得出反应的热效应，进而判断温度升高该反应的平衡常数的变化；
②反应到达平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各物质的浓度、百分含量不变，可以及由此衍生的一些量也不发生变化，由此进行判断，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
③根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量，再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答；
④将容器的容积压缩到原来的
1
2
，压强增大，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，以此判断；
⑤根据浓度商Qc和平衡常数K的大小比较来分析．
解答： 解：（1）设混合气中H2的物质的量为x，则CO的物质的量为5mol-x，根据题意，列方程为：285.8kJ/mol×x+283.0kJ?mol-1×（5mol-x）=1417.8kJ，解得 x=1 mol，则CO的物质的量为5mol-1mol=4mol，所以混合气体中H2与CO的体积比即物质的量之比为1：4，
根据CH3OH（l）的燃烧热△H为-726.5kJ?mol-1可知：
   2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=-1453KJ/mol ①
   又知：H2O（l）═H2O（g）△H=+44.0kJ?mol-1②
根据盖斯定律，将①+②×4可得：
2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=（-1453KJ/mol ）+（+44.0kJ?mol-1）×4=-1277KJ/mol 
故答案为：1：4；2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1277KJ/mol； 
（2）①化学平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，反应物的生成物都是气体，故平衡常数表达式为K=
C(CH3OH)
C(CO)?C2(H2)
，
根据H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ?mol-1、-283.0kJ?mol-1和-726.5kJ?mol-1，可知：
H2（g）+
1
2
O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJ?mol-1  ①
CO（g）+
1
2
O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ?mol-1②
CH3OH（l）+
3
2
O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.5KJ/mol ③
根据盖斯定律可知：将①×2+②-③可得：
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=（-285.8kJ?mol-1 ）×2+（-283.0kJ?mol-1）-（-726.5KJ/mol）=-128.1KJ/mol，可知反应放热，故当
温度升高时该反应的平衡逆向移动，故平衡常数K的值会减小，
故答案为：
C(CH3OH)
C(CO)?C2(H2)
；减小；
②A、v生成（CH3OH）=v消耗（CO），都表示正反应速率，始终按此比例进行，不能说明反应到达平衡，故A错误；
B、混合气体的总质量不变，容器的容积不变，混合气体的密度始终不变，故混合气体的密度不再改变，不能说明到达平衡，故B错误；
C、根据混合气体的平均相对分子质量=
混合气体的总质量
混合气体的总物质的量
，而混合气体的总质量不变，平衡之前，混合气体的总物质的量在改变，故平衡之前混合气体的平均相对分子质量在改变，一旦不变了，说明反应达到平衡，故C正确；
D．平衡时各组分的浓度不变，CO、H2、CH3OH的浓度不再改变，但不一定相等，故D错误；
E、随着反应的进行，平衡之前，容器内混合气体的总的物质的量减小，故压强逐渐降低，当容器内气体的压强保持不变时，即说明反应到达平衡，故E正确．
故选CE；
③由化学平衡的三段模式法：将1molCO和3molH2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，当CO的转化率为25%时，CO反应掉0.25mol．
         CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
   初始：1mol         3mol        0mol
△n：0.25mol     0.5mol      0.25mol
   平衡：0.75mol       2.5mol     0.25mol
平衡时容器内的压强与起始压强之比=气体的物质的量之比=
0.75mol + 2.5mol + 0.25mol
 1mol      +   3mol        
=7：8，
故答案为：7：8；
④将容器的容积压缩到原来的
1
2
，压强增大，正逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，CH3OH的物质的量增加，氢气的物质的量减少，但浓度增大，甲醇的物质的量增多，故有
c(H2)
c(CH3OH)
减小，故选CD，故答案为：CD；
⑤根据某一时刻测得c（CO）=2.0mol?L-1，c（H2）=1.0mol?L-1，c（CH3OH）=4.0×10-4 mol?L-1，可知此时的浓度商Qc=
生成物浓度的幂之积
反应物浓度的幂之积
=
4.0×10-4mol?L-1
(2.0mol?L-1)×(1.0mol?L-1)2
=2.0×10-4mol/L＜2.4×10-4 ，可知此时反应未达平衡，而且平衡向右移，故v正＞v逆，故答案为：否；＞．
点评：本题考查了化学平衡常数表达式及计算、影响化学平衡移动的因素，题目知识面广，难度较大，做题时注意三段式的应用．
练习册系列答案
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将2.3g金属钠投入到足量水中，得到a g溶液；2.5g金属镁投入到与水等质量的足量盐酸中，得到b g溶液，则a、b的关系为（　　）
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根据要求回答下列问题：
①CaBr2 ②H2O ③NH4Cl  ④H2O2 ⑤Na2O2 ⑥Ca（OH）2 ⑦HClO ⑧I2 ⑨He  ⑩Al
（1）只含有离子键的是（用序号回答）
 
．
（2）含有共价键的离子化合物是（用序号回答）
 
．
（3）含有共价键的共价化合物是（用序号回答）
 
．
（4）常温时为固体，当其熔化时，不破坏化学键的是（用序号回答）
 
．
（5）熔融状态时和固态时，都能导电的有（用序号回答）
 
．
（6）晶体中只存在分子间作用力，没有共价键的是（用序号回答）
 
．
按下列要求填空
①向碳酸氢钙溶液中加入少量氢氧化钠溶液的离子方程式：
 
．
氯化铝溶液与NaHCO3溶液混合的离子方程式：
 
．
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．
③强酸性的未知无色溶液中可能含有大量的Cl-、S2-、NO3-、CO32-、NH4+、Cu2+、Fe3+、Ag+等，现已检出有Ag+，你认为其中
 
离子还需要鉴定是否存在，请写出检验该离子的离子方程式
 
．
标准状况下，将aL氨气溶于1L水中所得溶液的密度为b g?cm-3．
（1）计算所得溶液的物质的量浓度
（2）计算所得溶液的质量分数．
某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究．

请回答：
I．用图1所示装置进行第一组实验．
（1）在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu做电极的是
 
（填字母序号）．
A．铝   B．石墨   C．银    D．铂
（2）N极发生反应的电极反应式为
 
．
（3）实验过程中，SO42-
 
（填“从左向右”、“从右向左”或“不”）移动；滤纸上能观察到的现象有
 
．
Ⅱ．用图2所示装置进行第二组实验．实验过程中，两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清．查阅资料发现，高铁酸根（FeO42-）在溶液中呈紫红色．
（4）电解过程中，X极区溶液的pH
 
（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（5）在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为：2K2FeO4+3Zn═Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2该电池正极发生的反应的电极反应式为
 
．
（6）Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，其电解质溶液为 KOH 溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn（OH）4，写出该电池反应方程式
 
．
我们曾做过①木炭  ②硫粉  ③铁丝  ④红磷等四种物质在氧气中燃烧的实验．其中燃烧时火星四射的是
 
（填序号，下同）；产生大量白烟的是
 
；生成的刺激性气味的气体的是
 
；上述现象有助于我们判断化学变化是否发生，判断化学变化发生的根本依据是
 
．
（1）在25℃、101kPa下，23g乙醇燃烧生成CO2和液态水时放热QkJ热量，写出乙醇燃烧热的热化学方程式：
 
．
（2）已知：H2（g）+
1
2
O2（g）=H2O（g）△H=-241.8kJ?mol一1
CO（g）+
1
2
 O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ?mol一1
写出CO（g）+H2O（g）=H2 （g）+CO2（g） 的热化学方程式是：
 
．
在一密闭容器中充入1molH2和1molI2，压强为P（Pa），并在一定温度下发生反应：
H2（g）+I2（g）?2HI（g）
①增大体系压强，反应速率
 
（填增大 减小 不变，下同）；
②保持容器容积不变，向其中加入1molN2（N2不参与反应），反应速率
 

③保持容器中气体压强不变，向其中加入1molN2（N2不参与反应），反应速率
 

理由是
 

④保持容器中气体压强不变，向其中加入1molH2和1molI2（g），反应速率
 
．

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