Question

（16分）

通过煤的气化和液化，使碳及其化合物得以广泛应用。

I．工业上先用煤转化为CO，再利用CO和水蒸气反应制H₂时，存在以下平衡：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)

（1）向1L恒容密闭容器中充人CO和H₂O(g)，800℃时测得部分数据如下表。

t/min	0	1	2	3	4
n(H2O)/mol	0.600	0.520	0.450	0.350	0.350
n(CO)/mol	0.400	0.320	0.250	0.150	0.150

则该温度下反应的平衡常数K=        。

（2）相同条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO、1mol H₂O(g)、2molCO₂、2mo1 H₂，

此时υ(正)        υ(逆)  (填“>” “=” 或 “<”)。

II．已知CO(g)、H₂(g)、CH₃OH（l）的燃烧热分别为283 kJ·mol^-1、286 kJ·mol^-1、726 kJ·mol^-1'。

（3）利用CO、H₂合成液态甲醇的热化学方程式为        。

（4）依据化学反应原理，分析增加压强对制备甲醇反应的影响        。

III。为摆脱对石油的过度依赖，科研人员将煤液化制备汽油，并设计了汽油燃料电池，电池工作原理如图所示：

一个电极通入氧气，另一电极通入汽油蒸气，电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2—。

（5）以辛烷（C₈H₁₈）代表汽油，写出该电池工作时的负极反应方程式        。

（6）已知一个电子的电量是1.602×10^—19C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1.929×10⁵C的电量时，生成NaOH        g。

Ⅳ．煤燃烧产生的CO₂是造成温室效应的主要气体之一。

（7）将CO₂转化成有机物可有效地实现碳循环。如：

a．6CO₂+6H₂OC₆H₁₂O₆+6O₂       

b．2CO₂ + 6H₂C₂H₅OH +3H₂O     

c．CO₂ + CH₄ CH₃COOH

d．2CO₂ + 6H₂CH₂=CH₂ + 4H₂O

以上反应中，最节能的是        ，反应c中理论上原子利用率为        。

Answer

（16分,每空2分）

（1）1.2（或25/21） （2分） （2）＜ （2分）

（3）CO(g) + 2H2(g) ＝CH3OH(l) △H = —129 kJ·mol-1 （2分）

（4）增加压强使反应速率加快，同时平衡右移，CH3OH产率增大。 （2分）

（5）C8H18－50e－+25O2—＝8CO2 + 9H2O（或2C8H18－100e－+50O2—＝16CO2 + 18H2O）（2分）

（6）80 （2分）

（7）a (2分) 100% （2分）

【解析】

试题分析：（1）该反应的平衡常数K= c(CO2)·c(H2)/ c(CO)·c(H2O)，根据表中数据，平衡时，c(CO)=0.15mol/L，c(H2O)=0.35mol/L，则c(CO2)=c(H2)=0.40-0.15=0.25mol/L，所以该温度下的平衡常数为K= c(CO2)·c(H2)/ c(CO)·c(H2O)=25/21；

（2）相同条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO、1mol H2O(g)、2molCO2、2mo1 H2，此时Qc= c(CO2)·c(H2)/ c(CO)·c(H2O)=1×1/0.5×0.5=4>25/21，反应逆向进行，则υ(正)< υ(逆)；

（3）CO与氢气反应生成甲醇的化学方程式为CO+2H2=CH3OH，根据所给物质的燃烧热，则该反应的热效应是CO的燃烧热+H2燃烧热的2倍-甲醇燃烧热=283 kJ·mol-1+2×286 kJ·mol-1-726 kJ·mol-1=129kJ/mol，所以CO、H2合成液态甲醇的热化学方程式为CO(g) + 2H2(g) ＝CH3OH(l) △H = —129 kJ·mol-1；

（4）压强增大，平衡正向移动，甲醇产率增大，同时反应速率加快；

（5）根据电池的装置图，则负极是辛烷发生氧化反应，结合正极产生的O2-，生成二氧化碳和水，所以电极反应式为C8H18－50e－+25O2—＝8CO2 + 9H2O；

（6）当电路中通过1.929×105C的电量时，电子的物质的量是1.929×105C/1.602×10—19C/NA=2mol，电解食盐水的化学方程式是2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，每转移2mol电子生成2molNaOH，所以生成NaOH的质量是2mol×40g/mol=80g；

（7）从CO2转化成有机物的反应物与反应条件上判断，a是最节能的，因为反应不需加热和催化剂，且另一种反应物是水，与甲烷、氢气相比，比较廉价，所以a最节能；c中的二氧化碳全部转化为有机物，所以原子利用率是100%。

考点：考查平衡常数的计算、平衡判断，盖斯定律的应用，电化学反应原理的应用，化学方程式的计算