Question

17．碳及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中有著重要作用．請(qǐng)按要求回答下列問題：

（1）已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1；
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
將水蒸氣噴到灼熱的炭上可實(shí)現(xiàn)炭的氣化（制得CO、H₂），該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=+132kJ•mol^-1．
（2）將一定量CO（g）和H₂O（g）分別通入容積為2L的恒容密閉容器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)為CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組實(shí)驗(yàn)數(shù)

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		H2O	CO	CO2
1	500	4	8	3.2	4
2	750	2	4	0.8	3
3	750	2	4	0.8	1

①該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
②實(shí)驗(yàn)1中，0～4min時(shí)段內(nèi)，以v（H₂）表示的反應(yīng)速率為0.4mol/（L•min）．若在此溫度下H₂O（g）、CO（g）起始量分別為2mol、4mol，則此反應(yīng)的平衡常數(shù)為$\frac{8}{3}$．
③實(shí)驗(yàn)2達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為20%．
④實(shí)驗(yàn)3與實(shí)驗(yàn)2相比，改變的條件是加催化劑；
請(qǐng)?jiān)谌鐖D1坐標(biāo)中畫出“實(shí)驗(yàn)2”與“實(shí)驗(yàn)3”中c（CO₂）隨時(shí)間變化的曲線，并作標(biāo)注實(shí)驗(yàn)編號(hào)．
（3）CO與H₂一定條件下反應(yīng)生成甲醇（CH₃OH），甲醇是一種燃料，可利用甲醇設(shè)計(jì)一個(gè)燃料電池，用KOH溶液作電解質(zhì)溶液，多孔石墨做電極，該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O．
（4）一定條件下，如圖2示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫（忽略其它有機(jī)物），則陰極的電極反應(yīng)式為．

Answer 1

分析 （1）已知①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1；
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律，①-$\frac{1}{2}$（②+③）得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H；
（2）①假定平衡不發(fā)生移動(dòng)，實(shí)驗(yàn)2條件下平衡時(shí)CO₂的物質(zhì)的量應(yīng)為$\frac{1}{2}×3.2$mol=1.6mol，實(shí)際為0.8mol，說明溫度升高，平衡逆向移動(dòng)；
②v（CO₂）=$\frac{3.2mol}{2L×4min}$=0.4mol/（L•min），根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）表示的反應(yīng)速率；化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與反應(yīng)物的起始濃度無關(guān)，利用表中實(shí)驗(yàn)1的數(shù)據(jù)，結(jié)合三段法計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，帶入化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
③實(shí)驗(yàn)2中平衡時(shí)生成0.8molCO₂，同時(shí)會(huì)消耗0.8mol的CO，因此實(shí)驗(yàn)2達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.8mol}{4mol}$×100%；
④實(shí)驗(yàn)3相比于實(shí)驗(yàn)2，化學(xué)平衡沒有影響，只是增大了化學(xué)反應(yīng)速率，因此改變的條件為加入了催化劑，實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間為1min，而實(shí)驗(yàn)2所用時(shí)間為3min，CO₂的平衡濃度為0.4mol/L，結(jié)合表格數(shù)據(jù)畫出c-t圖；
（3）甲醇的電極為負(fù)極，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，因此負(fù)極電極式為CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；
（4）該實(shí)驗(yàn)的目的是儲(chǔ)氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷．

解答 解：（1）已知①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1；
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律，①-$\frac{1}{2}$（②+③）得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=-393kJ•mol^-1-$\frac{1}{2}$×（-566kJ•mol^-1-484kJ•mol^-1）=+132kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=+132kJ•mol^-1；
（2）①假定平衡不發(fā)生移動(dòng)，實(shí)驗(yàn)2條件下平衡時(shí)CO₂的物質(zhì)的量應(yīng)為$\frac{1}{2}×3.2$mol=1.6mol，實(shí)際為0.8mol，說明溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，則反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：放熱；
②v（CO₂）=$\frac{3.2mol}{2L×4min}$=0.4mol/（L•min），$\frac{v（{H}_{2}）}{v（C{O}_{2}）}$=$\frac{1}{1}$，因此v（H₂）=0.4mol/（L•min），
化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與反應(yīng)物的起始濃度無關(guān)，則
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：4        8       0        0
變化（mol）：3.2     3.2     3.2      3.2
平衡（mol）：0.8     4.8     3.2      3.2
平衡（mol/L）：0.4     2.4     1.6      1.6
因此500℃時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{1.6×1.6}{0.4×2.4}$=$\frac{8}{3}$，
故答案為：0.4mol/（L•min）；$\frac{8}{3}$；
③實(shí)驗(yàn)2中平衡時(shí)生成0.8molCO₂，同時(shí)會(huì)消耗0.8mol的CO，因此實(shí)驗(yàn)2達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.8mol}{4mol}$×100%=20%，
故答案為：20%；
④實(shí)驗(yàn)3相比于實(shí)驗(yàn)2，化學(xué)平衡沒有影響，只是增大了化學(xué)反應(yīng)速率，因此改變的條件為加入了催化劑，實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間為1min，而實(shí)驗(yàn)2所用時(shí)間為3min，CO₂的平衡濃度為0.4mol/L，結(jié)合表格數(shù)據(jù)畫出c-t圖如下：，

故答案為：加催化劑；；
（3）甲醇的電極為負(fù)極，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，因此負(fù)極電極式為CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；
（4）該實(shí)驗(yàn)的目的是儲(chǔ)氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，電解池陰極與電源負(fù)極相連，得出電解過程中產(chǎn)生的氣體為O₂，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷，電極反應(yīng)式為，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡、燃料電池和電解池原理，綜合性強(qiáng)，為高考高頻考點(diǎn)，具有很強(qiáng)的代表性，側(cè)重于化學(xué)反應(yīng)原理和計(jì)算能力的考查，難度較大．