题目内容
随着环保意识的增强，清洁能源越来越受人们关注．
（1）氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源．
①硫-碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：
I．SO2+2H2O+I2═H2SO4+2HI
Ⅱ．2HI?H2+I2
Ⅲ．2H2SO4═2SO2+O2+2H2O
分析上述反应，下列判断正确的是 （填序号，下同）．
a．反应Ⅲ是一个吸热反应 b．在该循环过程中，有副产物硫酸生成
c．由反应Ⅱ可判断，HI不太稳定 d．循环过程中产生1 mol O2的同时产生44.8L H2
②利用甲烷与水反应制备氢气，因原料价廉产氢率高，具有实用推广价值，已知该反应为：
Ⅰ．CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ/mol
Ⅱ．CH4（g）+2H2O（g）?CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJ/mol
上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去．工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2，同时又可制得等体积的氢气的方法．此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是 ．
若800℃时，反应Ⅰ的平衡常数K1=1.0，某时刻测得该温度下，密闭容器中各物质的物质的量浓度分别为：c（CH4）=2.0mol?L-1；c（H2O）=5.0mol?L-1；c（CO）=2.0mol?L-1；c（H2）=2.5mol?L-1，则此时正逆反应速率的关系是v正 （填“＞”、“＜”或“=”）v逆．
（2）甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g），分析该反应并回答下列问题：
①一定条件下，将CO与H2以体积比1：1置于密闭容器中发生以上反应，能说明该反应已达到平衡的是 ．
a．体系的压强不发生变化 b．CO与H2的体积比保持不变
c．体系中碳元素的百分含量不再变化 d．单位时间内消耗1mol CO，同时生成1mol CH3OH
②如图1是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1 （填“＞”、“＜”或“=”） K2．理由是： ．
③已知甲醇燃料电池的工作原理如图2所示．
该电池工作时，该电池右边的电极发生的电极反应： ，工作一段时间后，当有3mol电子发生转移时，生成标准状况下的气体 L．
（1）氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源．
①硫-碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：
I．SO2+2H2O+I2═H2SO4+2HI
Ⅱ．2HI?H2+I2
Ⅲ．2H2SO4═2SO2+O2+2H2O
分析上述反应，下列判断正确的是
a．反应Ⅲ是一个吸热反应 b．在该循环过程中，有副产物硫酸生成
c．由反应Ⅱ可判断，HI不太稳定 d．循环过程中产生1 mol O2的同时产生44.8L H2
②利用甲烷与水反应制备氢气，因原料价廉产氢率高，具有实用推广价值，已知该反应为：
Ⅰ．CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ/mol
Ⅱ．CH4（g）+2H2O（g）?CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJ/mol
上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去．工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2，同时又可制得等体积的氢气的方法．此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是
若800℃时，反应Ⅰ的平衡常数K1=1.0，某时刻测得该温度下，密闭容器中各物质的物质的量浓度分别为：c（CH4）=2.0mol?L-1；c（H2O）=5.0mol?L-1；c（CO）=2.0mol?L-1；c（H2）=2.5mol?L-1，则此时正逆反应速率的关系是v正
（2）甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g），分析该反应并回答下列问题：
①一定条件下，将CO与H2以体积比1：1置于密闭容器中发生以上反应，能说明该反应已达到平衡的是
a．体系的压强不发生变化 b．CO与H2的体积比保持不变
c．体系中碳元素的百分含量不再变化 d．单位时间内消耗1mol CO，同时生成1mol CH3OH
②如图1是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1
③已知甲醇燃料电池的工作原理如图2所示．
该电池工作时，该电池右边的电极发生的电极反应：
考点：转化率随温度、压强的变化曲线,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡建立的过程,化学平衡的影响因素
专题：化学平衡专题,电化学专题
分析：（1）①a、硫酸常温下不易分解．
b、根据反应中硫酸既是反应物又是生成物来判断；
c、根据反应2HI?H2+I2知道HI不太稳定；
d、由Ⅲ可知产生lmolO2的同时产生2molSO2，由I可知2molSO2生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H2．
②根据盖斯定律来和热化学方程式的含义来计算反应的焓变；根据浓度商和平衡常数的关系来确定移动方向；
（2）①当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再改变，由此衍生的一些物理量也不变，以此进行判断．
②由达到平衡所需要的时间长短知温度的大小关系，根据温度对平衡移动的影响来回答判断；
③根据燃料电池的工作原理以及电子守恒思想来回答计算．
b、根据反应中硫酸既是反应物又是生成物来判断；
c、根据反应2HI?H2+I2知道HI不太稳定；
d、由Ⅲ可知产生lmolO2的同时产生2molSO2，由I可知2molSO2生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H2．
②根据盖斯定律来和热化学方程式的含义来计算反应的焓变；根据浓度商和平衡常数的关系来确定移动方向；
（2）①当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再改变，由此衍生的一些物理量也不变，以此进行判断．
②由达到平衡所需要的时间长短知温度的大小关系，根据温度对平衡移动的影响来回答判断；
③根据燃料电池的工作原理以及电子守恒思想来回答计算．
解答：
解：（1）①a、硫酸常温下稳定，不易分解，故a正确；
b、反应中硫酸既是反应物又是生成物，只不过是反应中的中间产物而已，故b错误；
c、根据反应2HI?H2+I2，反应是可逆的，知道HI不太稳定，故c正确；
d、由Ⅲ可知产生lmolO2的同时产生2molSO2，由I可知2molSO2生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2molH2，但是只有在标况下的体积才是44.8L，故d错误．
故选ac；
②已知：Ⅰ．CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ/mol
Ⅱ．CH4（g）+2H2O（g）?CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJ/mol，根据盖斯定律，反应CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）可以是Ⅱ-Ⅰ得到，所以△H=165.0kJ/mol-206.2kJ/mol=-41.2 kJ/mol，800℃时，反应Ⅰ的平衡常数K1=1.0，某时刻测得该温度下，密闭容器中各物质的物质的量浓度分别为：c（CH4）=2.0mol?L-1；c（H2O）=5.0mol?L-1；c（CO）=2.0mol?L-1；c（H2）=2.5mol?L-1，则Qc=
=
＞1，所以化学反应逆向进行才能达到平衡，
故v正＜v逆，故答案为：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-41.2 kJ/mol；＜；
（2）①a、CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）是一个反应前后气体体积减小的反应，故当压强不变时表明反应达到平衡，故a正确；
b、CO与H2的体积比保持不变时，说明平衡不再移动，故b正确；
c、根据质量守恒，体系中碳元素的百分含量不会变化，故c错误；
d、任何情况下，单位时间内消耗1 mol CO，同时生成l mol CH3OH，故d错误．
故选ab；
②由达到平衡所需要的时间长短知，T1＜T2，当温度由T2→T1（降温）时，CO的转化率增大，说明降低温度时平衡向右移动，故正反应是放热反应，△H＜0，K1＞K2，故答案为：＞；如图，温度由T1升高至T2时，CO的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，所以K1＞K2；
③根据H+运动方向及d口排出H2O知，从b口进入的物质是甲醇、从c口进入的物质是O2，由于电解质溶液是酸，故正极反应为O2+4H++4e-=2H2O，当有3mol电子发生转移时，有0.5mol甲醇反应，生成二氧化碳为0.5mol在标准状况下的气体 11.2L，
故答案为：O2+4H++4e-=2H2O；11.2．
b、反应中硫酸既是反应物又是生成物，只不过是反应中的中间产物而已，故b错误；
c、根据反应2HI?H2+I2，反应是可逆的，知道HI不太稳定，故c正确；
d、由Ⅲ可知产生lmolO2的同时产生2molSO2，由I可知2molSO2生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2molH2，但是只有在标况下的体积才是44.8L，故d错误．
故选ac；
②已知：Ⅰ．CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ/mol
Ⅱ．CH4（g）+2H2O（g）?CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJ/mol，根据盖斯定律，反应CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）可以是Ⅱ-Ⅰ得到，所以△H=165.0kJ/mol-206.2kJ/mol=-41.2 kJ/mol，800℃时，反应Ⅰ的平衡常数K1=1.0，某时刻测得该温度下，密闭容器中各物质的物质的量浓度分别为：c（CH4）=2.0mol?L-1；c（H2O）=5.0mol?L-1；c（CO）=2.0mol?L-1；c（H2）=2.5mol?L-1，则Qc=
| c(CO)?c3(H2) |
| c(CH4)?c(H2O) |
| 2.0×2．53 |
| 2.0×5.0 |
故v正＜v逆，故答案为：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-41.2 kJ/mol；＜；
（2）①a、CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）是一个反应前后气体体积减小的反应，故当压强不变时表明反应达到平衡，故a正确；
b、CO与H2的体积比保持不变时，说明平衡不再移动，故b正确；
c、根据质量守恒，体系中碳元素的百分含量不会变化，故c错误；
d、任何情况下，单位时间内消耗1 mol CO，同时生成l mol CH3OH，故d错误．
故选ab；
②由达到平衡所需要的时间长短知，T1＜T2，当温度由T2→T1（降温）时，CO的转化率增大，说明降低温度时平衡向右移动，故正反应是放热反应，△H＜0，K1＞K2，故答案为：＞；如图，温度由T1升高至T2时，CO的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，所以K1＞K2；
③根据H+运动方向及d口排出H2O知，从b口进入的物质是甲醇、从c口进入的物质是O2，由于电解质溶液是酸，故正极反应为O2+4H++4e-=2H2O，当有3mol电子发生转移时，有0.5mol甲醇反应，生成二氧化碳为0.5mol在标准状况下的气体 11.2L，
故答案为：O2+4H++4e-=2H2O；11.2．
点评：本题目综合考察学生有关热化学、电化学以及化学反应速率和化学平衡移动的有关知识，属于综合知识的考查，难度大．
练习册系列答案
相关题目
下列物质与水反应不属于氧化还原反应的是（ ）
| A、NO2 |
| B、CaO |
| C、Cl2 |
| D、Na2O2 |
在一定温度下可逆反应H2（g）+I2（g）?2HI（g）达到平衡的标志是（ ）
| A、单位时间内反应掉nmolI2同时生成2nmolHI |
| B、有1molH-H键断裂，同时有1molI-I键形成 |
| C、容器内压强不再随时间而变化 |
| D、H2、I2、HI的浓度之比为1：1：2 |