Question

5．工業(yè)常用燃料與水蒸氣反應(yīng)制備H₂和CO，再用H₂和CO合成甲醇．
（1）制取H₂和CO通常采用：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.4kJ•mol^?1，下列判斷正確的是ad．
a．該反應(yīng)的反應(yīng)物總能量小于生成物總能量
b．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，上述反應(yīng)生成1L H₂氣體時(shí)吸收131.4 kJ的熱量
c．若CO（g）+H₂（g）?C（s）+H₂O（1）△H=-QkJ•mol^?1，則Q＜131.4
d．若C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁；CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂ 則：△H₁+△H₂=+131.4kJ•mol^?1
（2）甲烷與水蒸氣反應(yīng)也可以生成H₂和CO，該反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．已知在某溫度下2L的密閉絕熱容器中充入2.00mol甲烷和1.00mol水蒸氣，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表：

	不同時(shí)間各物質(zhì)的物質(zhì)的量/mol
	0min	2min	4min	6min
CH4	2.00	1.76	1.60	n2
H2	0.00	0.72	n1	1.20

根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算：
①0min～2min 內(nèi)H₂的平均反應(yīng)速率為0.18mol•L^-1•min^-1．
②達(dá)平衡時(shí)，CH₄的轉(zhuǎn)化率為20%．在上述平衡體系中再充入2.00mol甲烷1.00mol 水蒸氣，達(dá)到新平衡時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)與原平衡相比變�。ㄌ睢白兇蟆�、“變小”或“不變”），可判斷該反應(yīng)達(dá)到新平衡狀態(tài)的標(biāo)志有ad．（填字母）
a．CO的含量保持不變             b．容器中c（CH₄）與c（CO）相等
c．容器中混合氣體的密度保持不變d．3ν_正（CH₄）=ν_逆（H₂）
（3）合成甲醇工廠的酸性廢水中含有甲醇（CH₃OH），常用向廢液中加入硫酸鈷，再用微生物電池電解，電解時(shí)Co²⁺被氧化成Co³⁺，Co³⁺把水中的甲醇氧化成CO₂，達(dá)到除去甲醇的目的．工作原理如圖（ c為隔膜，甲醇不能通過，其它離子和水可以自由通過）．

①a電極的名稱為陽極．
②寫出除去甲醇的離子方程式6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．
③微生物電池是綠色酸性燃料電池，寫出該電池正極的電極反應(yīng)式為4H⁺+O₂+4e-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）a、反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，依據(jù)能量守恒分析判斷，生成物能量總和大于反應(yīng)物能量總和，故a正確；
b、標(biāo)準(zhǔn)狀況下，上述反應(yīng)生成1mol H₂氣體時(shí)吸收131.4 kJ的熱量，故b錯(cuò)誤；
c、若CO（g）+H₂（g）?C（s）+H₂O（1）△H=-QkJ•mol-¹，則Q=131.4，故c錯(cuò)誤；
d、根據(jù)蓋斯定律，若C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁；CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂ 則：△H₁+△H₂=+131.4kJ•mol-¹，故d正確；
（2）①0min～2min 內(nèi)H₂的平均反應(yīng)速率為$\frac{0.72mol}{2L•2min}$=0.18mol•L^-1•min^-1；
②4min時(shí)，參加反應(yīng)的甲烷為2mol-1.6mol=0.4mol，生成氫氣為0.4mol×3=1.2mol，達(dá)到平衡，此時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%；在上述平衡體系中再充入2.00mol甲烷和1.00mol 水蒸氣，壓強(qiáng)增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，達(dá)到新平衡時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)與原平衡相比變��；
a．CO的含量保持不變，反應(yīng)達(dá)到平衡；
b．容器中c（CH₄）與c（CO）相等，不一定平衡；
c．容器中混合氣體的密度一直不變，不是平衡狀態(tài)的標(biāo)志；
d．3ν_正（CH₄）=ν_逆（H₂），反應(yīng)達(dá)到平衡；
（3）①電極a，Co²⁺被氧化成Co³⁺，發(fā)生氧化反應(yīng)，為電解池的陽極；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co³⁺被還原生成Co²⁺，溶液呈酸性，則生成物中含有氫離子，所以該反應(yīng)離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，
③微生物電池是綠色酸性燃料電池，氧氣在正極放電4H⁺+O₂+4e-=2H₂O．

解答 解：（1）a、反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，依據(jù)能量守恒分析判斷，生成物能量總和大于反應(yīng)物能量總和，故a正確；
b、標(biāo)準(zhǔn)狀況下，上述反應(yīng)生成1mol H₂氣體時(shí)吸收131.4 kJ的熱量，故b錯(cuò)誤；
c、若CO（g）+H₂（g）?C（s）+H₂O（1）△H=-QkJ•mol-¹，則Q=131.4，故c錯(cuò)誤；
d、根據(jù)蓋斯定律，若C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁；CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂ 則：△H₁+△H₂=+131.4kJ•mol-¹，故d正確；
故答案為：ad；
（2）①0min～2min 內(nèi)H₂的平均反應(yīng)速率為$\frac{0.72mol}{2L•2min}$=0.18mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.18mol•L^-1•min^-1；
 ②4min時(shí)，參加反應(yīng)的甲烷為2mol-1.6mol=0.4mol，生成氫氣為0.4mol×3=1.2mol，達(dá)到平衡，此時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%；在上述平衡體系中再充入2.00mol甲烷和1.00mol 水蒸氣，壓強(qiáng)增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，達(dá)到新平衡時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)與原平衡相比變小；
a．CO的含量保持不變，反應(yīng)達(dá)到平衡；
b．容器中c（CH₄）與c（CO）相等，不一定平衡；
c．容器中混合氣體的密度一直不變，不是平衡狀態(tài)的標(biāo)志；
d．3ν_正（CH₄）=ν_逆（H₂），反應(yīng)達(dá)到平衡；
故答案為：20%；變小；ad；
（3）①電極a，Co²⁺被氧化成Co³⁺，發(fā)生氧化反應(yīng)，為電解池的陽極；故答案為：陽極；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co³⁺被還原生成Co²⁺，溶液呈酸性，則生成物中含有氫離子，所以該反應(yīng)離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=6Co²⁺+CO₂+6H⁺．
③微生物電池是綠色酸性燃料電池，氧氣在正極放電4H⁺+O₂+4e-=2H₂O，故答案為：4H⁺+O₂+4e-=2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)反應(yīng)焓變和能量變化特征分析，注意焓變表達(dá)的意義和可能反應(yīng)不能進(jìn)行徹底的分析判斷，題目較簡(jiǎn)單．