Question

当前情况下散烧煤和没有清洁的煤是造成中国城市雾霾或者东部雾霾的主要原因。煤的气化是解决雾霾，清洁地利用煤炭的重要途径之一。

(1)已知：H₂O(g)=H₂O(l)  △H=-44 kJ·mol^-1

物质	H2(g)	C(s)	CO(g)
燃烧热kJ·mol^-1	285.8	393.5	283.0

⑴请写出煤的气化反应生成合成气(CO和H₂)的热化学方程式_______。

②在恒温、恒容的反应器中，能表明上述反应达到平衡状态的是_______。

a.混合气体平均相对分子质量不再改变         b.气体压强不再改变

c.各气体浓度相等                              d.反应体系中温度保持不变

e.断裂氢氧键速率是断裂氢氧键速率的2倍      f.混合气体密度不变

g.单位时间内，消耗水的质量与生成氢气的质量比为9:1

(2)甲醇是重要的化工原料，又可作为燃枓。工业上利用合成气（主要成分为CO、CO₂、H₂）在催化剂的作用下合成甲醇，其中部分主反应如下：

CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH (g) +H₂O(g)   △H=-58kJ/mol

①请推断该反应自发进行的条件为____________

②若将lmolCO₂和2molH₂充入容积为2L的恒容密闭容器中，在两种不同温度下发生反应。测得CH₃OH的物质的量随时间的变化如图所示。

曲线I、II对应的平衡常数大小关系为K_I__K_II(填“>”或“=”或“<”)；若5min后反应达到平衡状态，H₂的转化率为90%，则用CO₂表示的平均反应速率为_____，该温度下的平衡常数为___；若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是_____。

a.升高温度b.使用合适的催化剂  c.充入He  d.按原比例再充入CO₂和H₂

(3)CH₄燃料电池利用率很高，装置中添加1L 2 mol·L^-1 的KOH溶液为电解质，持续缓慢通入标准状况下甲烷2.24L时负极电极反应为_________________。

Answer

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.3kJ/mol abef 由于该反应△S<0, △H<0,故根据△G=△H-T △S<0反应自发，可判断该反应在低温下自发进行、 > 0.06mol/(L·min) 450 d CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O

【解析】（1）①本题考查热化学反应方程式的计算，①C(s)＋O2(g)=CO2(g) △H=－393.5kJ·mol－1，②H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) △H=－285.8kJ·mol－1，③CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) △H=－283.0kJ·mol－1，④H2O(g)=H2O(l) △H=－44kJ·mol－1，

①＋④－②－③得到：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=(－393.5－44＋285.8＋283.0)kJ·mol－1=＋131.3kJ·mol－1；②本题考查化学平衡状态的判断，a、根据M=m/n，C为固体，随着反应进行气体的质量增大，气体物质的量增大，因此当平均摩尔质量保持不变，说明反应达到平衡，故a正确；b、反应前后气体系数之和不相等，因此当压强不变，说明反应达到平衡，即b正确；c、因为没有说明开始时的投入量以及转化率，组分浓度相等，不能说明反应达到平衡，故c错误；d、反应器是恒温状态，温度始终保持不变，因此温度不变，不能说明反应达到平衡，故d错误；e、用不同物质的速率表示达到平衡，要求反应方向一正一逆，断裂H－O键，说明反应向正反应方向进行，断裂H－H键，说明反应向逆反应方向进行，然后速率之比等于化学计量数之比，1molH2O中含有2molH－O键，1molH2中含有1molH－H，因此断裂氢氧键速率是断裂氢氧键速率的2倍，说明反应达到平衡，故e正确；f、根据密度的定义，因为C是固体，因此气体质量增大，反应器是恒容状态，因此体积不变，即密度不变，说明反应达到平衡，故f正确；g、反应方向都是向正反应方向进行，单位时间内，消耗水的质量与生成氢气的质量比为9:1，不能说明反应达到平衡，故g错误；（2）①考查判断化学反应进行的方向，根据△G=△H－T△S，根据反应方程式，推出△H<0，△S<0，如果自发进行，△G<0，因此在低温下能够自发进行；②考查化学平衡的计算、化学平衡常数、勒夏特列原理，根据图像，先达到平衡，说明反应速率快，即II的温度高于I，因为该反应的正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，因此KII