Question

11．隨著科技的進(jìn)步，合理利用資源、保護(hù)環(huán)境成為當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)．
（1）為了提高煤的燃燒效率，常采取的措施是將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料--水煤氣．
已知：H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1．
C（s）+1/2O₂ （g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
則焦炭與水蒸氣反應(yīng)生成水煤氣的熱化學(xué)方程式為C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.30kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上利用水煤氣合成甲醇燃料，反應(yīng)為CO（g）+2H₂（g） $\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH（g）△H＜0．在一定條件下，將l mol CO和2mol H₂通入密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)改變某一外界條件（溫度或壓強(qiáng)）時(shí)，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）變化趨勢(shì)如圖1所示：

①平衡時(shí)，M點(diǎn)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)為10%．則CO的轉(zhuǎn)化率為25%．
②X軸上a點(diǎn)的數(shù)值比b點(diǎn)�。ㄌ睢按蟆被颉靶　保�．Y軸表示溫度（填“溫度”或“壓強(qiáng)”），判斷的理由是隨著Y值的增加，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）減小，平衡逆向移動(dòng)，故Y表示溫度．
（3）在一定溫度下，將2mol CO和4mol也充入某恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g） $\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH（g），達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得CO的轉(zhuǎn)化率為50%，已知反應(yīng)初始時(shí)容器的容積為2L，則該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1．
（4）在合成水煤氣時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定量的CO₂，在強(qiáng)酸性電解質(zhì)溶液中，用惰性電極電解可使CO₂轉(zhuǎn)化成乙烯，如圖2所示．電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式為2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O．當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生l mol氣體時(shí)，則陽(yáng)極溶液的質(zhì)量減輕36 g．

Answer 1

分析 （1）已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）；△H=-241.81kJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）；△H=-110.51kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律，將②-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g，據(jù)此計(jì)算焓變書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；
（2）①根據(jù)三行式計(jì)算得到；
②根據(jù)圖示信息：X軸上a點(diǎn)的數(shù)值比b點(diǎn)小，隨著Y值的增加，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）減小，結(jié)合平衡移動(dòng)原理回答；
（3）CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則反應(yīng)消耗的CO的物質(zhì)的量為：2mol×50%=1mol，根據(jù)反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃0H（g）分別計(jì)算出反應(yīng)消耗氫氣、生成甲醇的物質(zhì)的量，然后根據(jù)c=$\frac{n}{V}$分別計(jì)算出平衡時(shí)一氧化碳、氫氣、甲醇的濃度，最后根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算出該反應(yīng)在該溫度下的平衡常數(shù)；
（4）電解強(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，乙烯在陰極生成．

解答 解：（1）已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）；△H=-241.81kJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）；△H=-110.51kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律，將②-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=（-110.5kJ/mol）-（-241.8kJ/mol）=+13l.3 kJ/mol，
所以焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.30kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）；△H=+13l.30kJ•mol^-1；
（2）①設(shè)CO的轉(zhuǎn)化量是x，則
        CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
初始量：1mol      2mol      0
變化量：x         2x      x
平衡量：1-x      2-2x     x
平衡時(shí)，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)為10%，則$\frac{x}{1-x+2-2x+x}$×100%=10%，x=0.25，所以CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%，故答案為：25%；
②根據(jù)圖示信息：X軸上a點(diǎn)的數(shù)值比b點(diǎn)小，隨著Y值的增加，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）減小，平衡逆向移動(dòng)，故Y表示溫度，故答案為：�。粶囟�；隨著Y值的增加，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）減小，平衡逆向移動(dòng)，故Y表示溫度；
（3）CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則反應(yīng)消耗的CO的物質(zhì)的量為：2mol×50%=1mol，根據(jù)反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）=CH₃0H（g）可知，反應(yīng)消耗氫氣的物質(zhì)的量為1mol×2=2mol，反應(yīng)生成甲醇的物質(zhì)的量為1mol，
則達(dá)到平衡時(shí)各組分的濃度為：c（CO）=0.5mol/L，c（H₂）=1mol/L，c（CH₃0H）=0.5mol/L，
所以該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：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：1；
（4）電解時(shí)，二氧化碳在陰極上生成乙烯，電極反應(yīng)式為2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O，在陽(yáng)極上發(fā)生反應(yīng)：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陽(yáng)極產(chǎn)生lmol氧氣時(shí)，消耗2mol水，質(zhì)量減輕36g，故答案為：2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O；36．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用，題目難度中等，明確化學(xué)平衡常數(shù)的概念及表達(dá)式為解答關(guān)鍵，本題也可以利用三段式計(jì)算，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．