Question

13．“潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過(guò)向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出了高熱值的煤炭氣，其
主要成分是CO和H₂．CO和H₂可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛．生產(chǎn)煤炭氣的反應(yīng)之一是：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.4kJ/mol
（1）在容積為3L的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，5min后容器內(nèi)氣體的密度增大了0.12g/L，用H₂O表示0～5min的平均反應(yīng)速率為0.002mol/（L•min）．
（2）關(guān)于上述反應(yīng)在化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)的描述正確的是AC．
A．CO的含量保持不變
B．v_正（H₂O）=v_正（H₂）
C．容器中混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變
（3）若上述反應(yīng)在t₀時(shí)刻達(dá)到平衡（如圖1），在t₁時(shí)刻改變某一條件，請(qǐng)?jiān)趫D中繼續(xù)畫(huà)出t₁時(shí)刻之后正反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化：

①縮小容器體積，t₂時(shí)到達(dá)平衡（用實(shí)線(xiàn)表示）；
②t₃時(shí)平衡常數(shù)K值變大，t₄到達(dá)平衡（用虛線(xiàn)表示）．
（4）在一定條件下用CO和H₂可以制得甲醇，CH₃OH和CO的燃燒熱分別為725.8kJ/mol，283.0kJ/mol，1molH₂O（l）變?yōu)镠₂O（g）吸收44.0kJ的熱量，寫(xiě)出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-354.8kJ∕mol
（5）如圖2所示，以甲醇燃料電池作為電源實(shí)現(xiàn)下列電解過(guò)程．乙池中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂+4H⁺．當(dāng)甲池中增重16g時(shí)，丙池中理論上產(chǎn)生沉淀質(zhì)量的最大值為34.8g．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)方程式可知，氣體增加的質(zhì)量為固體碳的質(zhì)量，根據(jù)m=ρV計(jì)算出反應(yīng)消耗碳的質(zhì)量，計(jì)算出其物質(zhì)的量，最后根據(jù)反應(yīng)方程式及反應(yīng)速率表達(dá)式計(jì)算出用H₂O表示0～5miin的平均反應(yīng)速率；
（2）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（3）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素畫(huà)出正反應(yīng)速率變化的曲線(xiàn)；
（4）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ•mol^-1和-725.8kJ•mol^-1，水的摩爾蒸發(fā)焓為44.0 kJ/mol，則
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-725.8kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=-44KJ/mol
由蓋斯定律可知用②-①+③×2得到熱化學(xué)方程式；
（5）圖2中甲池為原電池，通入甲醇的電極為負(fù)極，銅氧氣的電極為正極，則乙池中石墨為陽(yáng)極，銀為陰極，溶液中銅離子在銀電極析出，丙中與銀連接的Pt電極為陽(yáng)極，另一個(gè)電極為陰極，丙中與銀連接的Pt電極為陽(yáng)極，另一個(gè)電極為陰極，電極反應(yīng)為陽(yáng)極：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極為2H⁺+2e^-=H₂↑，MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑，甲池中發(fā)生的反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，溶液中甲醇和氧氣反應(yīng)后導(dǎo)致溶液質(zhì)量增大，每反應(yīng)2mol甲醇和3mol氧氣反應(yīng)溶液質(zhì)量增加=2mol×32g/mol+3mol×32g/mol=160g，電子轉(zhuǎn)移為12mol，當(dāng)甲池中增重16g時(shí)，電子轉(zhuǎn)移1.2mol，電子守恒得到丙池中理論上產(chǎn)生沉淀為氫氧化鎂質(zhì)量．

解答 解：（1）在容積為3L的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，5min后容器內(nèi)氣體的密度增大了0.12g/L，根據(jù)反應(yīng)C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）可知，氣體增加的質(zhì)量為參加反應(yīng)的固體C的質(zhì)量，則反應(yīng)消耗碳的物質(zhì)的量為：$\frac{0.12g/L×3L}{12g/mol}$=0.03mol，該反應(yīng)過(guò)程中消耗水的物質(zhì)的量也為0.03mol，則用H₂O表示0～5miin的平均反應(yīng)速率為：$\frac{0.03mol}{3L×5min}$=0.002mol/（L•min），
故答案為：0.002mol/（L•min）；
（2）A．CO的含量保持不變是平衡標(biāo)志，故A正確；
B．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比為正反應(yīng)速率之比，v_正（H₂O）=v_逆（H₂），則v_逆（H₂）=v_正（H₂），反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，v_正（H₂O）=v_正（H₂）
，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量增大，容器中混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
故答案為：AC；
（3）①t₁時(shí)縮小容器體積，反應(yīng)體系的壓強(qiáng)增大，正逆反應(yīng)速率都增大，直至t₂時(shí)重新達(dá)到平衡；
②t₃時(shí)平衡常數(shù)K增大，說(shuō)明平衡向著正向移動(dòng)，說(shuō)明升高了溫度，之后正反應(yīng)速率逐漸減小，直至達(dá)到新的平衡，
根據(jù)以上分析畫(huà)出的圖象為：，
故答案為：．
（4）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ•mol^-1和-725.8kJ•mol^-1，則
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-725.8kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=-44KJ/mol
由蓋斯定律可知用②-①+③×2得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（g），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-725.8kJ•mol^-1-（-283.0kJ•mol^-1）+2×44KJ/mol=-354.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH （l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O （g）△H=-354.8 kJ∕mol；
（5）圖2中甲池為原電池，通入甲醇的電極為負(fù)極，銅氧氣的電極為正極，則乙池中石墨為陽(yáng)極，銀為陰極，溶液中銅離子在銀電極析出，Cu²⁺+2e^-=Cu，陽(yáng)極上是氫氧根離子放電生成氧氣，所以電極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，電池反應(yīng)的離子方程式為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂+4H⁺，丙中與銀連接的Pt電極為陽(yáng)極，另一個(gè)電極為陰極，電極反應(yīng)為陽(yáng)極：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極為2H⁺+2e^-=H₂↑，MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑，甲池中發(fā)生的反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，溶液中甲醇和氧氣反應(yīng)后導(dǎo)致溶液質(zhì)量增大，每反應(yīng)2mol甲醇和3mol氧氣反應(yīng)溶液質(zhì)量增加=2mol×32g/mol+3mol×32g/mol=160g，電子轉(zhuǎn)移為12mol，當(dāng)甲池中增重16g時(shí)，電子轉(zhuǎn)移1.2mol，電子守恒得到丙池中理論上產(chǎn)生沉淀為氫氧化鎂，依據(jù)化學(xué)方程式，生成1mol氫氧化鎂，電子轉(zhuǎn)移2mol電子，則電子轉(zhuǎn)移1.2mol，生成沉淀氫氧化鎂0.6mol，計(jì)算得到物質(zhì)的量為質(zhì)量=0.6mol×58g/mol=34.8g，
故答案為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂+4H⁺，34.8．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡的影響因素、電解池和原電池原理的計(jì)算等知識(shí)，題目難度中等，明確影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素為解答關(guān)鍵，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．