2.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(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)的量為0.10mol,則5min內(nèi)CH4的平均反應速率為0.02mol/(L•min).
 平衡后采取下列措施中的ac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(zhì)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
寫出由CO和H2制取甲醇的熱化學方程式CO(g)+2H2(g)?CH3OH(l)△H=-90.8kJ•mol-1
(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℃、250℃和270℃進行實驗,測得結(jié)果如圖1,則270℃時該反應的平衡常數(shù)
K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO){c}^{2}({H}_{2})}$=$\frac{0.5}{0.5×{1}^{2}}$=1.(列式計算)

(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(zhì)為氧化釔-氧化鈉,其中O2-可以在固體介質(zhì)NASICON中自由移動.則負極的電極反應方程式為CO-2e-+O2-═CO2
關(guān)于該電池的下列說法,正確的是ac
a.工作時電極b作正極,O2-通過固體介質(zhì)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.

分析 (1)化學反應速率v=$\frac{△c}{△t}$來計算反應速率,根據(jù)影響化學平衡移動的因素來回答判斷;
(2)根據(jù)蓋斯定律計算化學反應的焓變;
(3)合成甲醇是放熱反應,升高溫度平衡逆向移動,CO的轉(zhuǎn)化率減小,則230℃時的實驗結(jié)果所對應的曲線是X,270℃對應的曲線是Z,加入氫氣為2mol時,CO轉(zhuǎn)化率為50%,計算平衡時各組分的物質(zhì)的量,容器的體積為1L,用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO){c}^{2}({H}_{2})}$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-+O2-═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(chǎn)生的電流越大.

解答 解:(1)5min內(nèi)CO的平均化學反應速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.1mol}{1L}}{5min}$=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(jù)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(zhì)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)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
(3)合成甲醇是放熱反應,升高溫度平衡逆向移動,CO的轉(zhuǎn)化率減小,則230℃時的實驗結(jié)果所對應的曲線是X,270℃對應的曲線是Z,加入氫氣為2mol時,CO轉(zhuǎn)化率為50%,則:
           CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
起始量(mol):1     2          0
變化量(mol):0.5   1           0.5
平衡量(mol):0.5   1          0.5
容器的體積為1L,用物質(zhì)的量代替濃度計算,則平衡常數(shù)K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO){c}^{2}({H}_{2})}$=$\frac{0.5}{0.5×{1}^{2}}$=1,
故答案為:$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO){c}^{2}({H}_{2})}$=$\frac{0.5}{0.5×{1}^{2}}$=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-+O2-═CO2,
a.工作時電極b通入空氣,b作正極,陰離子向負極移動,O2-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(chǎn)生的電流越大,故c正確,
故答案為:CO-2e-+O2-═CO2;ac.

點評 本題考查化學平衡計算及影響因素、平衡常數(shù)、速率計算、熱化學方程式書寫、原電池原理等,旨在考查學生對基礎知識的理解運用,難度中等.

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