题目内容

13．“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍，科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出了高热值的煤炭气，其
主要成分是CO和H2．CO和H2可作为能源和化工原料，应用十分广泛．生产煤炭气的反应之一是：C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）△H=+131.4kJ/mol
（1）在容积为3L的密闭容器中发生上述反应，5min后容器内气体的密度增大了0.12g/L，用H2O表示0～5min的平均反应速率为0.002mol/（L•min）．
（2）关于上述反应在化学平衡状态时的描述正确的是AC．
A．CO的含量保持不变
B．v正（H2O）=v正（H2）
C．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
（3）若上述反应在t0时刻达到平衡（如图1），在t1时刻改变某一条件，请在图中继续画出t1时刻之后正反应速率随时间的变化：

①缩小容器体积，t2时到达平衡（用实线表示）；
②t3时平衡常数K值变大，t4到达平衡（用虚线表示）．
（4）在一定条件下用CO和H2可以制得甲醇，CH3OH和CO的燃烧热分别为725.8kJ/mol，283.0kJ/mol，1molH2O（l）变为H2O（g）吸收44.0kJ的热量，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CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（g）△H=-354.8kJ∕mol
（5）如图2所示，以甲醇燃料电池作为电源实现下列电解过程．乙池中发生反应的离子方程式为2Cu2++2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O2+4H+．当甲池中增重16g时，丙池中理论上产生沉淀质量的最大值为34.8g．

分析 （1）根据反应方程式可知，气体增加的质量为固体碳的质量，根据m=ρV计算出反应消耗碳的质量，计算出其物质的量，最后根据反应方程式及反应速率表达式计算出用H2O表示0～5miin的平均反应速率；
（2）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此进行判断；
（3）根据影响化学反应速率的因素画出正反应速率变化的曲线；
（4）由CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-725.8kJ•mol-1，水的摩尔蒸发焓为44.0 kJ/mol，则
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ•mol-1
②CH3OH（l）+$\frac{3}{2}$O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-725.8kJ•mol-1
③H2O（l）=H2O（g）△H=-44KJ/mol
由盖斯定律可知用②-①+③×2得到热化学方程式；
（5）图2中甲池为原电池，通入甲醇的电极为负极，铜氧气的电极为正极，则乙池中石墨为阳极，银为阴极，溶液中铜离子在银电极析出，丙中与银连接的Pt电极为阳极，另一个电极为阴极，丙中与银连接的Pt电极为阳极，另一个电极为阴极，电极反应为阳极：2Cl--2e-=Cl2↑，阴极为2H++2e-=H2↑，MgCl2+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Mg（OH）2↓+H2↑+Cl2↑，甲池中发生的反应为：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，溶液中甲醇和氧气反应后导致溶液质量增大，每反应2mol甲醇和3mol氧气反应溶液质量增加=2mol×32g/mol+3mol×32g/mol=160g，电子转移为12mol，当甲池中增重16g时，电子转移1.2mol，电子守恒得到丙池中理论上产生沉淀为氢氧化镁质量．

解答 解：（1）在容积为3L的密闭容器中发生上述反应，5min后容器内气体的密度增大了0.12g/L，根据反应C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）可知，气体增加的质量为参加反应的固体C的质量，则反应消耗碳的物质的量为：$\frac{0.12g/L×3L}{12g/mol}$=0.03mol，该反应过程中消耗水的物质的量也为0.03mol，则用H2O表示0～5miin的平均反应速率为：$\frac{0.03mol}{3L×5min}$=0.002mol/（L•min），
故答案为：0.002mol/（L•min）；
（2）A．CO的含量保持不变是平衡标志，故A正确；
B．反应速率之比等于化学方程式计量数之比为正反应速率之比，v正（H2O）=v逆（H2），则v逆（H2）=v正（H2），反应达到平衡状态，v正（H2O）=v正（H2）
，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．气体质量不变，气体物质的量增大，容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明反应达到平衡状态，故C正确；
故答案为：AC；
（3）①t1时缩小容器体积，反应体系的压强增大，正逆反应速率都增大，直至t2时重新达到平衡；
②t3时平衡常数K增大，说明平衡向着正向移动，说明升高了温度，之后正反应速率逐渐减小，直至达到新的平衡，
根据以上分析画出的图象为：，
故答案为：．
（4）由CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-725.8kJ•mol-1，则
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ•mol-1
②CH3OH（l）+$\frac{3}{2}$O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-725.8kJ•mol-1
③H2O（l）=H2O（g）△H=-44KJ/mol
由盖斯定律可知用②-①+③×2得反应CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（g），该反应的反应热△H=-725.8kJ•mol-1-（-283.0kJ•mol-1）+2×44KJ/mol=-354.8kJ•mol-1，
故答案为：CH3OH （l）+O2（g）=CO （g）+2H2O （g）△H=-354.8 kJ∕mol；
（5）图2中甲池为原电池，通入甲醇的电极为负极，铜氧气的电极为正极，则乙池中石墨为阳极，银为阴极，溶液中铜离子在银电极析出，Cu2++2e-=Cu，阳极上是氢氧根离子放电生成氧气，所以电极反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑，电池反应的离子方程式为：2Cu2++2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O2+4H+，丙中与银连接的Pt电极为阳极，另一个电极为阴极，电极反应为阳极：2Cl--2e-=Cl2↑，阴极为2H++2e-=H2↑，MgCl2+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Mg（OH）2↓+H2↑+Cl2↑，甲池中发生的反应为：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，溶液中甲醇和氧气反应后导致溶液质量增大，每反应2mol甲醇和3mol氧气反应溶液质量增加=2mol×32g/mol+3mol×32g/mol=160g，电子转移为12mol，当甲池中增重16g时，电子转移1.2mol，电子守恒得到丙池中理论上产生沉淀为氢氧化镁，依据化学方程式，生成1mol氢氧化镁，电子转移2mol电子，则电子转移1.2mol，生成沉淀氢氧化镁0.6mol，计算得到物质的量为质量=0.6mol×58g/mol=34.8g，
故答案为：2Cu2++2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O2+4H+，34.8．

点评 本题考查了化学平衡的计算、化学平衡状态的判断、化学平衡的影响因素、电解池和原电池原理的计算等知识，题目难度中等，明确影响化学反应速率的因素为解答关键，试题侧重考查学生的分析能力及化学计算能力．

练习册系列答案
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4．在托盘天平右盘上放一个盛有100mL3mol/L NaOH溶液的烧杯，左盘上放一个盛有100mL3mol/L盐酸的烧杯，调节天平至平衡，然后在两烧杯中各加入等质量的铝片（铝片均不剩余），反应完全后，则天平可能出现的情况是（　　）
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1．下列选项中的各操作，能使原溶液导电性明显变强的是（　　）
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B．向0.1mol/L的NaOH溶液中加入等体积的0.1mol/L的CH3COOH溶液
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8．钛有强度高和质地轻的优点，广泛应用于飞机制造业等．工业上利用钛铁矿，其主要成分为钛酸亚铁（FeTiO3）制备钛金属，工业流程如图：（已知：2NaCl$\frac{\underline{\;电解\;}}{熔融}$2Na+Cl2↑）

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18．下列描述正确的是（　　）
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5．设NA为阿伏加德罗常数，下列说法中正确的是（　　）
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