Question

11．随着科技的进步，合理利用资源、保护环境成为当今社会关注的焦点．
（1）为了提高煤的燃烧效率，常采取的措施是将煤转化为清洁气体燃料--水煤气．
已知：H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1．
C（s）+1/2O₂ （g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
则焦炭与水蒸气反应生成水煤气的热化学方程式为C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.30kJ•mol^-1．
（2）工业上利用水煤气合成甲醇燃料，反应为CO（g）+2H₂（g） $\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OH（g）△H＜0．在一定条件下，将l mol CO和2mol H₂通入密闭容器中进行反应，当改变某一外界条件（温度或压强）时，CH₃OH的体积分数φ（CH₃OH）变化趋势如图1所示：

①平衡时，M点CH₃OH的体积分数为10%．则CO的转化率为25%．
②X轴上a点的数值比b点小（填“大”或“小”）．Y轴表示温度（填“温度”或“压强”），判断的理由是随着Y值的增加，CH₃OH的体积分数φ（CH₃OH）减小，平衡逆向移动，故Y表示温度．
（3）在一定温度下，将2mol CO和4mol也充入某恒容密闭容器中发生反应：CO（g）+2H₂（g） $\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OH（g），达到平衡时测得CO的转化率为50%，已知反应初始时容器的容积为2L，则该温度下，反应的平衡常数K=1．
（4）在合成水煤气时会产生一定量的CO₂，在强酸性电解质溶液中，用惰性电极电解可使CO₂转化成乙烯，如图2所示．电解时阴极的电极反应式为2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O．当阳极产生l mol气体时，则阳极溶液的质量减轻36 g．

Answer 1

分析 （1）已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）；△H=-241.81kJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）；△H=-110.51kJ•mol^-1，
利用盖斯定律，将②-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g，据此计算焓变书写热化学方程式；
（2）①根据三行式计算得到；
②根据图示信息：X轴上a点的数值比b点小，随着Y值的增加，CH₃OH的体积分数φ（CH₃OH）减小，结合平衡移动原理回答；
（3）CO的转化率为50%，则反应消耗的CO的物质的量为：2mol×50%=1mol，根据反应CO（g）+2H₂（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CH₃0H（g）分别计算出反应消耗氢气、生成甲醇的物质的量，然后根据c=$\frac{n}{V}$分别计算出平衡时一氧化碳、氢气、甲醇的浓度，最后根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算出该反应在该温度下的平衡常数；
（4）电解强酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，乙烯在阴极生成．

解答 解：（1）已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）；△H=-241.81kJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）；△H=-110.51kJ•mol^-1，
利用盖斯定律，将②-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=（-110.5kJ/mol）-（-241.8kJ/mol）=+13l.3 kJ/mol，
所以焦炭与水蒸气反应的热化学方程式为：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.30kJ•mol^-1，
故答案为：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.30kJ•mol^-1；
（2）①设CO的转化量是x，则
        CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
初始量：1mol      2mol      0
变化量：x         2x      x
平衡量：1-x      2-2x     x
平衡时，CH₃OH的体积分数为10%，则$\frac{x}{1-x+2-2x+x}$×100%=10%，x=0.25，所以CO的转化率为$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%，故答案为：25%；
②根据图示信息：X轴上a点的数值比b点小，随着Y值的增加，CH₃OH的体积分数φ（CH₃OH）减小，平衡逆向移动，故Y表示温度，故答案为：小；温度；随着Y值的增加，CH₃OH的体积分数φ（CH₃OH）减小，平衡逆向移动，故Y表示温度；
（3）CO的转化率为50%，则反应消耗的CO的物质的量为：2mol×50%=1mol，根据反应CO（g）+2H₂（g）=CH₃0H（g）可知，反应消耗氢气的物质的量为1mol×2=2mol，反应生成甲醇的物质的量为1mol，
则达到平衡时各组分的浓度为：c（CO）=0.5mol/L，c（H₂）=1mol/L，c（CH₃0H）=0.5mol/L，
所以该温度下该反应的平衡常数为：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×{1}^{2}}$=1，
故答案为：1；
（4）电解时，二氧化碳在阴极上生成乙烯，电极反应式为2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O，在阳极上发生反应：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阳极产生lmol氧气时，消耗2mol水，质量减轻36g，故答案为：2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O；36．

点评 本题考查了化学平衡常数的计算、平衡移动原理的应用，题目难度中等，明确化学平衡常数的概念及表达式为解答关键，本题也可以利用三段式计算，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．