Question

（14分）煤是一种重要的化工原料，人们将利用煤制取的水煤气、焦炭、甲醚等广泛用于工农业生产中。

（1）已知:

①C(s) ＋ H₂O(g) === CO(g)＋H₂(g)     ΔH＝＋131.3 kJ·mol^－1

②CO₂(g) ＋ H₂(g) === CO(g) ＋ H₂O(g)  ΔH＝+41.3 kJ·mol^－1

则碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为                             。

该反应在        （填“高温”、“低温”或“任何温度”）下有利于正向自发进行。

（2）有人利用炭还原法处理氮氧化物，发生反应C(s)+2NO(g) N₂(g)+CO₂(g)。向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，在T₁℃时，不同时间测得各物质的浓度如下表所示：

时间(min) 浓度（mol·L^-1 ）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①10～20min内，N₂的平均反应速率v(N₂)＝                 。

②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是       (填字母序号)。

A．通入一定量的NO             B．加入一定量的活性炭

C．加入合适的催化剂           D．适当缩小容器的体积

（3）研究表明：反应CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

若反应在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的浓度均为0.020 mol·L^-1，在该条件下达到平衡时，CO的转化率为       。

（4）用CO做燃料电池电解CuSO₄溶液、FeCl₃和FeCl₂混合液的示意图如图1所示，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。

①乙中A极产生的气体在标准状况下的体积为________________。

②丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2所示，则图中③线表示的是________（填离子符号）的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要________ mL 5.0 mol·L^－1 NaOH溶液。

Answer

（1）C(s) + 2H2O(g) = CO2(g) + 2H2(g) ⊿H= + 90.0 kJ·mol－1 高温

（2）①0.00015 mol/（L·S）或0.009 mol /（L·min） ②AD

（3）75%

（4）① 2.24L ②Cu2＋ 280

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，①-②得C(s)+ 2H2O(g) = CO2(g) + 2H2(g) ⊿H= + 90.0 kJ·mol－1，该反应是熵增的吸热反应，根据△H-T△S<0可判断在高温下有利于正向自发进行。

（2）①根据图表信息，10～20min内，生成氮气0.25-0.16=0.09mol/L, N2的平均反应速率v(N2)＝0.09mol/L÷10min=0.009 mol /（L·min）,②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡,各物质的浓度等量的增大，但没有改变平衡，由于该反应是气体体积不变的化学反应，所以是改变压强所致，所以改变的条件可能是A．通入一定量的NO或D．适当缩小容器的体积，B．活性炭是固体，加入一定量的活性炭，不影响化学反应速率，也不影响平衡，C．加入合适的催化剂只能加快化学反应速率，不能改变平衡，也不会影响体积，选AD。

（3） CO(g) + H2O(g) H2(g)+CO2(g)

起始浓度0.020 0.020 0 0

变化浓度 n n n n

平衡浓度0.020-n 0.020-n n n

(n×n)÷(0.020-n )( 0.020-n ) =K=9 解得n=0.015

在该条件下达到平衡时，CO的转化率为(0.015/0.020)×100%=75%

(4)①用CO做燃料电池电解CuSO4溶液，CO作负极，氧气作正极，则A是阳极，B是阴极，设阳极生成气体x mol，电极反应为，阳极：4OH－-4e－=2H2O+O2↑、阴极：Cu2＋+2e－=Cu 2H＋+2e－=H2↑

4x x 0.1 0.2 2x x

2x+0.2=4x x=0.1 则乙中A极产生的气体在标准状况下的体积为2.24L。

②参照图像中与电子的关系，可以发现图中③线表示的是Cu2＋的变化，参照图像中与电子的关系，②线与电子关系是1:1，可以推出是Fe2+，当反应结束后，溶液中阳离子有Cu2+ 0.2mol, Fe2+ 0.5mol，要使金属阳离子恰好完全沉淀，共需要OH- 1.4mol,溶液体积为1.4/5=0.28L=280mL。

考点：考查热化学方程式的书写，化学反应速率的计算，电解的应用等知识。