Question

煤的气化是对煤进行深加工的重要方法，其主要反应是碳和水蒸气反应生成水煤气。

（1）已知在101KPa、150℃时，各1mol的碳、一氧化碳和氢气在足量的氧气充分燃烧并恢复至原温度，所放出的热量分别为393.7kJ/mol、283.0kJ/mol、242.0 kJ/mol，请写出煤的气化反应的热化学方程式__________________；请从热力学角度简述该反应在某条件下能够正向进行的原因是_______________。

（2）在恒容密闭容器里，按物质的量比1:1加入一定量的碳和水蒸气反应生成水煤气。一定条件下达到平衡，当改变反应的某一条件时，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是_________。（填序号）

A.正反应速率先增大后减少             B.化学平衡常数K减少

C.混合气体的平均相对分子质量减少     D.反应物气体体积分数增大

（3）一定条件下煤的气化产物还可以发生反应，700℃时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H₂O，发生反应：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+ H₂(g) 反应过程中测定的部分数据见下表：

反应时间/ min	n(CO)/ mol	n(H2O)/ mol
0	1.20	0.60
5	0.80
10		0.20

请根据表格回答下列问题：

①计算反应在5min内由氢气表示的平均速率为：_____________。

②列式并计算该反应在700℃时的化学平衡常数K=__________，如果温度升至800℃，上述反应平衡常数为0.64，则正反应为___________（填“吸热”或“放热”）反应。

③将上表中达平衡后的混合气体恢复至室温，用200mL2mol/LNaOH溶液进行吸收，充分反应后假设溶液体积不变，下列说法不正确的是：（已知HCO₃^-电离常数约为410^-11，CaCO₃的溶度积常数约为310^-9）___________

A.c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）

B.c（H₂CO₃）＜c（CO₃^2-）

C.c（Na⁺）+c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）

D.向该溶液中加入等体积等浓度的CaCl₂溶液产生白色沉淀

Answer

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.3kJ/mol 该反应的正向混乱度增大或正反应是熵增的反应 AC v(H2)＝0.04 mol·L-1·min-1 K=c(CO2)c(H2)/c(CO)c(H2O)=1 放热 B

【解析】（1）根据题意写出热化学方程式，①C（s）+O2（g）=CO2（g）H=-393.7 kJ/mol，②CO（g）+ O2（g）=CO2（g）H=-283.0 kJ/mol，③H2（g）+ O2（g）=H2O（g）H=-242.0 kJ/mol，根据盖斯定律，①-②-③得：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）H=+131.5 kJ/mol，。因为该反应H>0、S>0，根据化学反应方向的判据：H−TS可得，在高温下H−TS可能小于0，能够正向进行。故答案为：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）H=+131.5 kJ/mol；该反应的正向混乱度增大或正反应是熵增的反应 。

（2）A项，当改变某一条件时，正反应速率先增大后减小，说明开始时平衡逆向移动，后来平衡正向移动，反应物浓度降低导致正反应速率减小，故A项正确；B项，化学平衡常数K减少，反应程度减小，所以平衡逆向移动，故B项错误；C项，正反应是气体分子数增大的反应，所以混合气体的平均相对分子质量减少说明气体分子数增大，平衡正向移动，故C项正确；D项，反应物气体体积分数增大，说明平衡逆向移动，故D项错误。综上所述，符合题意的选项为AC。

（3）①根据用不同物质表示的化学反应速率之比=化学方程式计量数之比，5min内用氢气表示的平均速率：v（H2）=v（CO）=（1.20−0.80）mol÷2L÷5min=0.04 mol·L-1·min-1 ；②由化学方程式，根据已知条件可得，5min时反应已达平衡，列三段式：

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2(g)

开始（ mol·L-1） 0.60 0.30 0 0

转化（ mol·L-1） 0.20 0.20 0.20 0.20

平衡（ mol·L-1） 0.40 0.10 0.20 0.20

K= ==1；因为温度升至800℃，平衡常数为0.64<1，所以升温，化学平衡逆向移动，正反应为放热反应。③由题意CO2为0.4mol，NaOH为0.4mol，所以恰好反应生成0.4mol NaHCO3，根据电荷守恒：c（Na+）+c（H+）=c（OH-）+c（HCO3-）+2c（CO32-），故A项正确；B项，根据HCO3-水解常数Kh=Kw/Ka= >Ka，所以HCO3-水解程度大于电离程度，因此c（H2CO3）>c（CO32-），故B项错误；C项，由物料守恒：c（Na+）=c（H2CO3）+c（HCO3-）+c（CO32-）和电荷守恒：c（Na+）+c（H+）=c（OH-）+c（HCO3-）+2c（CO32-）可得：c（Na+）+c（OH-）=c（H+）+c（HCO3-）+2c（H2CO3），故C项正确；D项，由已知可得，向该溶液中加入等体积等浓度的CaCl2溶液时，c（Ca2+）=1 mol/L，c（HCO3-）=1mol/L，根据HCO3-H++CO32-，可得Ka（HCO3-）= ==4×10-11，因此c2（CO32-）=4×10-11，所以c（CO32-）×c（Ca2+）= >Ksp（CaCO3）=3×10-9，有白色沉淀析出，故D项正确。综上所述，符合题意的选项为B。

点睛：本题是一道关于化学反应原理方面的综合题，涉及化学反应方向的判断、运用盖斯定律书写热化学方程式、化学平衡与化学反应速率的判断与计算、水溶液中的守恒关系及有关计算，知识、思维、计算容量都很大。最后一小题，B、D两项都要根据数据定量计算作出判断，不能凭感觉乱选。