Question

“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)  ΔH = ＋131.4 kJ/mol

（1）在容积为3 L的密闭容器中发生上述反应，5 min后容器内气体的密度增大了0.12 g/L，用H₂O表示0 ~ 5 min的平均反应速率为_________________________。

（2）关于上述反应在化学平衡状态时的描述正确的是              。

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(如下图)，在t₁时刻改变某一条件，请在下图中继续画出t₁时刻之后正反应速率随时间的变化：（用实线表示）

①缩小容器体积，t₂时到达平衡；②t₃时平衡常数K值变大，t₄到达平衡。

（4）在一定条件下用CO和H₂可以制得甲醇，CH₃OH和CO的燃烧热为别725.8 kJ/mol ，283.0 kJ/mol，1 mol液态水变成气态水吸热44.0 kJ，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：                 。

（5）如下图所示，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             。当甲池中增重16 g时，丙池中理论上产生沉淀质量的最大值为         g。

Answer

（1）0.002 mol ∕ L·min；（2）AC；

（3）如图： ；

（4）CH3OH (l)＋O2 (g) =CO (g)＋2H2O (g) ΔH=-354.8 kJ ∕ mol；

（5）2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2＋4H＋，34.8。

【解析】

试题分析：（1）因为是等体积，因此密度增大了0.12g·L－1，气体质量增大了3×0.12g=0.36g，根据质量差，求出消耗的H2O的物质的量0.36/12mol=0.03mol，v(H2O)=0.03/(3×5)mol/(L·min)=0.002 mol/(L·min)；（2）A、根据化学平衡状态的定义，CO的含量保持不变，说明反应达到平衡，故正确；B、反应方向都是向正反应方向进行，要求是一正一逆，故错误；C、根据摩尔质量的定义，气体的质量增大，气体的物质的量增大，因此摩尔质量不变，说明反应达到平衡，故正确；(3)①缩小容器的体积，增大压强，根据勒夏特列原理，平衡向逆反应方向移动，图像是：；②平衡常数增大，只改变温度，说明化学反应向正反应方向移动，此反应是吸热反应，因此升高温度，图像是：；（4）①CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H=－725.8kJ·mol－1，②CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) △H=－283.0kJ·mol－1，③H2O(l)=H2O(g) △H=＋44.0kJ·mol－1，CH3OH＋O2=CO＋2H2O(g)，①－②＋2×③得出：CH3OH(l)＋O2(g)=CO(g)＋2H2O(g) △H=(－725.8＋283＋2×44)kJ·mol－1=－354.8kJ·mol－1；（5）甲池为原电池，乙池、丙池为电解池，通甲醇的一极为负极，通氧气的一极为正极，乙池中石墨跟电池的正极相连，即石墨为阳极，Ag作阴极，因此电极总反应式是：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2＋4H＋，甲池反应方程式为CH3OH＋3/2O2＋2KOH=K2CO3＋3H2O，甲池溶液增重的质量为甲醇和氧气的质量，设甲醇的物质的量为xmon，则氧气的物质的量为3x/2mol，因此有32x＋3×32x/2=16，解得x=0.2mol，整个电路中通过电子的物质的量为0.2×6mol=1.2mol，丙池中沉淀：Mg＋2OH－－2e－=Mg(OH)2，m[Mg(OH)2]=1.2×58/2g=34.8g。

考点：考查化学反应速率的计算、化学平衡状态的判断、勒夏特列原理、化学平衡常数、电极反应式的书写等知识。