Question

能源的相互轉(zhuǎn)化和利用是科學(xué)家研究的重要課題．
（1）將水蒸氣通過(guò)紅熱的炭即可產(chǎn)生水煤氣．反應(yīng)為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1，
①該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的外界條件是

 

；
②在一個(gè)恒容的密閉容器中，一定溫度下發(fā)生上述反應(yīng)，下列能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是

 

 （填相應(yīng)的編號(hào)）．
A．c（CO）=c（H₂）    B．1mol H-H鍵斷裂的同時(shí)斷裂2mol H-O鍵  
C．容器中的壓強(qiáng)不變    D．消耗H₂O的速率等于生成H₂的速率
（2）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，在催化劑存在下進(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），得到如下二組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4
2	900	2	1	0.4	1.6

①該反應(yīng)的△H

 

0（填“＞”“＜”“=”）
②計(jì)算實(shí)驗(yàn)2條件下平衡常數(shù)的值K=

 

（3）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來(lái)生產(chǎn)甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，下列措施中能使c（CH₃OH）增大的是

 

．
A．使用合適的催化劑           B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大 
C．將H₂O（g）從體系中分離出來(lái)  D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
（4）利用甲醇設(shè)計(jì)一個(gè)燃料電池：用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液，用多孔石墨做電極，則放入甲醇的電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,反應(yīng)熱和焓變,常見(jiàn)化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行根據(jù)公式△G=△H-T△S＜0計(jì)算；
②反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生改變，由此衍生的一些物理量也不變，以此判斷；
（2）①第二組溫度比第一組高，反應(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時(shí)CO₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
②利用三段式計(jì)算平衡時(shí)，各組分的物質(zhì)的量，該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，故利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）本題主要考查化學(xué)平衡理論的運(yùn)用，平衡右移能使c（CH₃OH）增大；
（4）甲醇燃燒生成 CO₂，CO₂在氫氧化鉀溶液中以KCO₃形式存在．

解答： 解：（1）①由熱化學(xué)反應(yīng)方程式可知，反應(yīng)為焓增，熵增過(guò)程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0時(shí)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，較高溫度下才能保證△G=△H-T△S＜0；
故答案為：較高溫度；
 ②A．無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在c（CO）=c（H₂），故A錯(cuò)誤；
B.1mol H-H鍵斷裂的同時(shí)斷裂2molH-O鍵，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．反應(yīng)在一個(gè)容積不變的密閉容器中進(jìn)行，容器中的壓強(qiáng)由氣體的物質(zhì)的量決定，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，氣體的物質(zhì)的量就不變，氣體的物質(zhì)的量濃度也不變，說(shuō)明達(dá)到平衡，故C正確； 
D．消耗H₂O的速率和生成H₂的速率都指正反應(yīng)速率，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC；
（2）①實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為

4mol-2.4mol

4mol

×100%=40% 實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為 

2mol-1.6mol

2mol

×100%=20%則實(shí)驗(yàn)1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)2，則說(shuō)明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱；
故答案為：＜；
②平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為1.6mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開(kāi)始（mol）：2      1        0        0
變化（mol）：0.4    0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    0.6      0.4      0.4
該反應(yīng)前后氣體體積不變，故利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故900℃時(shí)該反應(yīng)平衡常數(shù)k=

0.4×0.4

1.6×0.6

=0.17，
故答案為：0.17；
（3）A．加催化劑平衡不移動(dòng)，c（CH₃OH）不變；
B．充入He（g），平衡不移動(dòng)，c（CH₃OH）不變；
C．將H₂O（g）從體系中分離出來(lái)，平衡正向移動(dòng)，c（CH₃OH）增大；
D．再充入1 mol CO₂和3 mol H₂，假設(shè)容器擴(kuò)大一倍，達(dá)到平衡再壓縮，c（CH₃OH）增大；
故答案為：BC；
（4）通甲醇的電極為負(fù)極，所以甲醇失電子，甲醇燃燒生成 CO₂，CO₂在氫氧化鉀溶液中以KCO₃形式存在，電極方程式為CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡計(jì)算以及化學(xué)平衡移動(dòng)等問(wèn)題，化學(xué)計(jì)算中注意三步法規(guī)范解題，題目難度中等．