Question

CO₂作為未來碳源，既可彌補因石油、天然氣等大量消耗引起的“碳源危機”，又可有效地解決溫室效應．目前，人們利用光能和催化劑，可將CO₂和H₂O（g）轉化為CH₄和O₂．請回答下列問題：
（1）將所得CH₄與H₂O（g）通入聚焦太陽能反應器，發(fā)生反應CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ?mol^-1．將等物質的量的CH₄和H₂O（g）充入l L恒容密閉容器，某溫度下反應5min后達到平衡，此時測得CO的物質的量為0.10mol，則5min內CH₄的平均反應速率為

 

．平衡后可以采取下列措施能使n（CO）：n（CH₄）增大．
A．加熱升高溫度             
B．恒溫恒容下充入氦氣
C．恒溫下增大容器體積             
D．恒溫恒容下再充入等物質的量的CH₄和H₂O
（2）工業(yè)上可以利用CO為原料制取CH₃OH．
已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1
CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ?mol^-1
①試寫出由CO和H₂制取甲醇的熱化學方程式

 

．
②該反應的△S

 

0（填“＞”或“＜”或“=”），在

 

情況下有利于該反應自發(fā)進行．
（3）某科研人員為研究H₂和CO合成CH₃OH的最佳起始組成比n（H₂）：n（CO），在l L恒容密閉容器中通入H₂與CO的混合氣（CO的投入量均為1mol），分別在230°C、250°C和270°C進行實驗，測得結果如圖1，則230℃時的實驗結果所對應的曲線是

 

（填字母）；理由是

 

．列式計算270℃時該反應的平衡常數K：

 

．

（4）以燃料電池為工作原理測定CO的濃度，其裝置如圖2所示，該電池中電解質為氧化釔-氧化鈉，其中O^2-可以在固體介質NASICON中自由移動．則負極的反應式

 

．關于該電池的下列說法，正確的是

 

A．工作時電極b作正極，O^2-通過固體介質NASICON由電極b流向電極a
B．工作時電流由電極a通過傳感器流向電極b
C．傳感器中通過的電流越大，尾氣中CO的含量越高．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,原電池和電解池的工作原理,化學平衡的計算,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：

分析：（1）化學反應速率v=

△c

△t

來計算反應速率，根據影響化學平衡移動的因素來回答判斷；
（2）根據蓋斯定律計算化學反應的焓變；
（3）依據反應是放熱反應，溫度越高，反應物轉化率越��；根據K的表達式代入數據計算；
（4）該裝置是原電池，負極上一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為CO-2e^-+O^2-═CO₂，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，原電池放電時電子從負極流向正極，陰離子向負極移動，一氧化碳的含量越大，原電池放電時產生的電流越大．

解答： 解：（1）5min內CO的平均化學反應速率v=

△c

△t

=

0.1mol 1L

5min

=0.02mol/（L?min），甲烷表示的平均反應速率和一氧化氮的是相等的，即為0.02mol/（L?min），根據反應CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ?mol^-1，
A．加熱升高溫度，化學平衡正向移動，所以一氧化碳濃度增加，甲烷濃度減小，所以比值會增大，故A正確；
B．恒溫恒容下充入氦氣，各組分的濃度不變，所以平衡不移動，比值不變，故B錯誤；
C．恒溫下增大容器體積則壓強減小，化學平衡正向移動，所以一氧化碳濃度增加，甲烷濃度減小，所以比值會增大，故C正確；
D．恒溫恒容下再充入等物質的量的CH₄和H₂O，相當于增大壓強，化學平衡逆向動，所以一氧化碳濃度減小，甲烷濃度增加，所以比值會減小，故D錯誤；故選AC，
故答案為：0.02mol/（L?min）；AC；
（2）①已知①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ?mol^-1
則①-②得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H=（-49.5kJ?mol^-1 ）-41.3kJ/mol）=-90.8kJ?mol^-1，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H=-90.8 kJ?mol^-1；
②該反應是氣體減少的反應，所以△S＜0，根據△G=△H-T△S＜0自發(fā)，△H＜0，△S＜0，所以在低溫下有利于該反應自發(fā)進行；故答案為；＜；在低溫下；
（3）工業(yè)上用反應④低壓合成甲醇，在230℃～270℃最為有利．為研究合成氣最合適的起始組成比，分別在230℃、250℃和270℃進行實驗，結果如圖．合成甲醇是放熱反應，溫度越低轉化率越大，結合圖象可知，230℃的實驗結果所對應的曲線是X；270℃時該反應的平衡常數K=

c(CH 3OH)

c(CO)?c 2(H 2)

=

0.5

0.5×1 2

=1，
故答案為：X，該反應是放熱反應，溫度越低轉化率越高；K=

c(CH 3OH)

c(CO)?c 2(H 2)

=

0.5

0.5×1 2

=1；
（4）該裝置是原電池，負極上一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為CO-2e^-+O^2-═CO₂，
A．工作時電極b通入空氣，b作正極，陰離子向負極移動，O^2-由電極b流向電極a，故A正確；
B．原電池放電時電子從負極流向正極，故電流由電極b通過傳感器流向電極a，故B錯誤；
C．一氧化碳的含量越大，原電池放電時產生的電流越大，故C正確，
故答案為：CO-2e^-+O^2-═CO₂；AC．

點評：本題涉及化學平衡的影響因素以及熱化學方程式的書寫和焓變的計算知識，屬于綜合知識的考查，難度大．