Question

CO₂作为未来碳源，既可弥补因石油、天然气等大量消耗引起的“碳源危机”，又可有效地解决温室效应．目前，人们利用光能和催化剂，可将CO₂和H₂O（g）转化为CH₄和O₂．请回答下列问题：
（1）将所得CH₄与H₂O（g）通入聚焦太阳能反应器，发生反应CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ?mol^-1．将等物质的量的CH₄和H₂O（g）充入l L恒容密闭容器，某温度下反应5min后达到平衡，此时测得CO的物质的量为0.10mol，则5min内CH₄的平均反应速率为

 

．平衡后可以采取下列措施能使n（CO）：n（CH₄）增大．
A．加热升高温度             
B．恒温恒容下充入氦气
C．恒温下增大容器体积             
D．恒温恒容下再充入等物质的量的CH₄和H₂O
（2）工业上可以利用CO为原料制取CH₃OH．
已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1
CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ?mol^-1
①试写出由CO和H₂制取甲醇的热化学方程式

 

．
②该反应的△S

 

0（填“＞”或“＜”或“=”），在

 

情况下有利于该反应自发进行．
（3）某科研人员为研究H₂和CO合成CH₃OH的最佳起始组成比n（H₂）：n（CO），在l L恒容密闭容器中通入H₂与CO的混合气（CO的投入量均为1mol），分别在230°C、250°C和270°C进行实验，测得结果如图1，则230℃时的实验结果所对应的曲线是

 

（填字母）；理由是

 

．列式计算270℃时该反应的平衡常数K：

 

．

（4）以燃料电池为工作原理测定CO的浓度，其装置如图2所示，该电池中电解质为氧化钇-氧化钠，其中O^2-可以在固体介质NASICON中自由移动．则负极的反应式

 

．关于该电池的下列说法，正确的是

 

A．工作时电极b作正极，O^2-通过固体介质NASICON由电极b流向电极a
B．工作时电流由电极a通过传感器流向电极b
C．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,原电池和电解池的工作原理,化学平衡的计算,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：

分析：（1）化学反应速率v=

△c

△t

来计算反应速率，根据影响化学平衡移动的因素来回答判断；
（2）根据盖斯定律计算化学反应的焓变；
（3）依据反应是放热反应，温度越高，反应物转化率越小；根据K的表达式代入数据计算；
（4）该装置是原电池，负极上一氧化碳失电子发生氧化反应，电极反应式为CO-2e^-+O^2-═CO₂，正极上氧气得电子发生还原反应，原电池放电时电子从负极流向正极，阴离子向负极移动，一氧化碳的含量越大，原电池放电时产生的电流越大．

解答： 解：（1）5min内CO的平均化学反应速率v=

△c

△t

=

0.1mol 1L

5min

=0.02mol/（L?min），甲烷表示的平均反应速率和一氧化氮的是相等的，即为0.02mol/（L?min），根据反应CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ?mol^-1，
A．加热升高温度，化学平衡正向移动，所以一氧化碳浓度增加，甲烷浓度减小，所以比值会增大，故A正确；
B．恒温恒容下充入氦气，各组分的浓度不变，所以平衡不移动，比值不变，故B错误；
C．恒温下增大容器体积则压强减小，化学平衡正向移动，所以一氧化碳浓度增加，甲烷浓度减小，所以比值会增大，故C正确；
D．恒温恒容下再充入等物质的量的CH₄和H₂O，相当于增大压强，化学平衡逆向动，所以一氧化碳浓度减小，甲烷浓度增加，所以比值会减小，故D错误；故选AC，
故答案为：0.02mol/（L?min）；AC；
（2）①已知①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ?mol^-1
则①-②得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H=（-49.5kJ?mol^-1 ）-41.3kJ/mol）=-90.8kJ?mol^-1，
故答案为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H=-90.8 kJ?mol^-1；
②该反应是气体减少的反应，所以△S＜0，根据△G=△H-T△S＜0自发，△H＜0，△S＜0，所以在低温下有利于该反应自发进行；故答案为；＜；在低温下；
（3）工业上用反应④低压合成甲醇，在230℃～270℃最为有利．为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图．合成甲醇是放热反应，温度越低转化率越大，结合图象可知，230℃的实验结果所对应的曲线是X；270℃时该反应的平衡常数K=

c(CH 3OH)

c(CO)?c 2(H 2)

=

0.5

0.5×1 2

=1，
故答案为：X，该反应是放热反应，温度越低转化率越高；K=

c(CH 3OH)

c(CO)?c 2(H 2)

=

0.5

0.5×1 2

=1；
（4）该装置是原电池，负极上一氧化碳失电子发生氧化反应，电极反应式为CO-2e^-+O^2-═CO₂，
A．工作时电极b通入空气，b作正极，阴离子向负极移动，O^2-由电极b流向电极a，故A正确；
B．原电池放电时电子从负极流向正极，故电流由电极b通过传感器流向电极a，故B错误；
C．一氧化碳的含量越大，原电池放电时产生的电流越大，故C正确，
故答案为：CO-2e^-+O^2-═CO₂；AC．

点评：本题涉及化学平衡的影响因素以及热化学方程式的书写和焓变的计算知识，属于综合知识的考查，难度大．