Question

所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题．
（1）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），得到如下二组数据：

实验组	温度℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①实验1条件下，反应从开始至达到平衡，以v （CO₂） 表示的反应速率为

 

（保留小数点后二位数，下同）．
②实验2条件下平衡常数K=

 

，该反应为

 

（填“吸热”或“放热”）反应．
合成氨工业的原料气之一H₂可来源于以上反应，请从平衡原理角度解释：在不改变反应物用量的前提下，可采取的能够增大氢气产率的措施是（任说一点即可）

 

．
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式：

 

．
（3）有学者设想以如图所示装置用电化学原理将CO₂转化为重要化工原料．若A为CO₂，B为H₂，C为CH₃OH．
①正极的电极反应式为

 

；
②当电路中有1mol e^-流过，负极区的pH不变，请结合化学用语简述其原理

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,化学电源新型电池,反应速率的定量表示方法

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①已知平衡时c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，根据公式求出v（CO₂）
②第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时H₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应；依据图表数据列式计算平衡浓度，结合化学平衡常数概念计算；
（2）根据，再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式；
（3）①燃料电池的工作原理，正极上是二氧化碳发生得电子发生还原反应；
②有学者设想以如图所示装置用电化学原理将CO₂转化为重要化工原料．若A为CO₂，B为H₂，C为CH₃OH．

解答： 解：（1）①已知平衡时c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，v（CO₂）=

1.6mol 2L

6min

=0.13mol/（L?min），故答案为：0.13mol/（L?min）；
②实验1中CO的转化率为

1.6mol

4mol

×100%=40%，实验2中CO的转化率为

0.4mol

0.4mol

×100%=20%，则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应放热，实验2条件下，
           H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始浓度   0.5mol/L   1mol/L      0        0
转化浓度  0.2mol/L   0.2mol/l   0.2mol/l  0.2mol/l 
平衡浓度  0.3mol/L   0.8mol/L   0.2mol/l  0.2mol/l 
K=

c(CO 2)c(H 2)

c(H2O)c(CO)

=

0.2×0.2

0.3×0.8

=0.17，
由上可知生成氢气的反应为放热反应，故可采取降温的方法增大氢气产率；
故答案为：0.17；放热；降温；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
由盖斯定律可知用

①-②

2

得反应CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（g），该反应的反应热△H=

-1275.6kJ?mol -1-(-566.0kJ?mol -1)

2

=-354.8kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（g）△H=-354.8kJ?mol^-1；
（3）①若A为CO₂，B为H₂，C为CH₃OH，电池总反应式为CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，则正极上是二氧化碳得到电子生成甲醇，电极反应式为：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O，
②负极反应为  3H₂-6e^-=6H⁺，当电路中有1mol e^-流过，负极产生6molH⁺，但正极刚好也消耗6molH⁺，则负极区的pH不变．
故答案为：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O；负极反应为  3H₂-6e^-=6H⁺，当电路中有1mol e^-流过，负极产生6molH⁺，但正极刚好也消耗6molH⁺，则负极区的pH不变；

点评：本题考查了化学平衡的影响因素分析判断，平衡常数计算应用，盖斯定律的计算应用，原电池电极反应的书写方法等，题目难度中等．