Question

隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，清潔能源越來越受人們關(guān)注．
（1）氫能在二十一世紀(jì)有可能在世界能源舞臺(tái)上成為一種舉足輕重的二次能源．
①硫-碘循環(huán)分解水制氫主要涉及下列反應(yīng)：
I．SO₂+2H₂O+I₂═H₂SO₄+2HI
Ⅱ．2HI?H₂+I₂
Ⅲ．2H₂SO₄═2SO₂+O₂+2H₂O
分析上述反應(yīng)，下列判斷正確的是

 

（填序號(hào)，下同）．
a．反應(yīng)Ⅲ是一個(gè)吸熱反應(yīng)           b．在該循環(huán)過程中，有副產(chǎn)物硫酸生成
c．由反應(yīng)Ⅱ可判斷，HI不太穩(wěn)定      d．循環(huán)過程中產(chǎn)生1 mol O₂的同時(shí)產(chǎn)生44.8L H₂
②利用甲烷與水反應(yīng)制備氫氣，因原料價(jià)廉產(chǎn)氫率高，具有實(shí)用推廣價(jià)值，已知該反應(yīng)為：
Ⅰ．CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol
Ⅱ．CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ/mol
上述反應(yīng)所得原料氣中的CO能使氨合成催化劑中毒，必須除去．工業(yè)上常采用催化劑存在下CO與水蒸氣反應(yīng)生成易除去的CO₂，同時(shí)又可制得等體積的氫氣的方法．此反應(yīng)稱為一氧化碳變換反應(yīng)，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是

 

．
若800℃時(shí)，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)K₁=1.0，某時(shí)刻測(cè)得該溫度下，密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度分別為：c（CH₄）=2.0mol?L^-1；c（H₂O）=5.0mol?L^-1；c（CO）=2.0mol?L^-1；c（H₂）=2.5mol?L^-1，則此時(shí)正逆反應(yīng)速率的關(guān)系是v_正

 

（填“＞”、“＜”或“=”）v_逆．
（2）甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），分析該反應(yīng)并回答下列問題：
①一定條件下，將CO與H₂以體積比1：1置于密閉容器中發(fā)生以上反應(yīng)，能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是

 

．
a．體系的壓強(qiáng)不發(fā)生變化             b．CO與H₂的體積比保持不變
c．體系中碳元素的百分含量不再變化    d．單位時(shí)間內(nèi)消耗1mol CO，同時(shí)生成1mol CH₃OH
②如圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線．T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁

 

（填“＞”、“＜”或“=”） K₂．理由是：

 

．

③已知甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．
該電池工作時(shí)，該電池右邊的電極發(fā)生的電極反應(yīng)：

 

，工作一段時(shí)間后，當(dāng)有3mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體

 

L．

Answer 1

考點(diǎn)：轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）①a、硫酸常溫下不易分解．
b、根據(jù)反應(yīng)中硫酸既是反應(yīng)物又是生成物來判斷；
c、根據(jù)反應(yīng)2HI?H₂+I₂知道HI不太穩(wěn)定；
d、由Ⅲ可知產(chǎn)生lmolO₂的同時(shí)產(chǎn)生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂．
②根據(jù)蓋斯定律來和熱化學(xué)方程式的含義來計(jì)算反應(yīng)的焓變；根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)的關(guān)系來確定移動(dòng)方向；
（2）①當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量也不變，以此進(jìn)行判斷．
②由達(dá)到平衡所需要的時(shí)間長(zhǎng)短知溫度的大小關(guān)系，根據(jù)溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響來回答判斷；
③根據(jù)燃料電池的工作原理以及電子守恒思想來回答計(jì)算．

解答： 解：（1）①a、硫酸常溫下穩(wěn)定，不易分解，故a正確；
b、反應(yīng)中硫酸既是反應(yīng)物又是生成物，只不過是反應(yīng)中的中間產(chǎn)物而已，故b錯(cuò)誤；
c、根據(jù)反應(yīng)2HI?H₂+I₂，反應(yīng)是可逆的，知道HI不太穩(wěn)定，故c正確；
d、由Ⅲ可知產(chǎn)生lmolO₂的同時(shí)產(chǎn)生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2molH₂，但是只有在標(biāo)況下的體積才是44.8L，故d錯(cuò)誤．
故選ac；
②已知：Ⅰ．CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol
Ⅱ．CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）可以是Ⅱ-Ⅰ得到，所以△H=165.0kJ/mol-206.2kJ/mol=-41.2 kJ/mol，800℃時(shí)，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)K₁=1.0，某時(shí)刻測(cè)得該溫度下，密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度分別為：c（CH₄）=2.0mol?L^-1；c（H₂O）=5.0mol?L^-1；c（CO）=2.0mol?L^-1；c（H₂）=2.5mol?L^-1，則Qc=

c(CO)?c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

=

2.0×2．53

2.0×5.0

＞1，所以化學(xué)反應(yīng)逆向進(jìn)行才能達(dá)到平衡，
故v_正＜v_逆，故答案為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2 kJ/mol；＜；
（2）①a、CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積減小的反應(yīng)，故當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)表明反應(yīng)達(dá)到平衡，故a正確；
b、CO與H₂的體積比保持不變時(shí)，說明平衡不再移動(dòng)，故b正確；
c、根據(jù)質(zhì)量守恒，體系中碳元素的百分含量不會(huì)變化，故c錯(cuò)誤；
d、任何情況下，單位時(shí)間內(nèi)消耗1 mol CO，同時(shí)生成l mol CH₃OH，故d錯(cuò)誤．
故選ab；
②由達(dá)到平衡所需要的時(shí)間長(zhǎng)短知，T₁＜T₂，當(dāng)溫度由T₂→T₁（降溫）時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，說明降低溫度時(shí)平衡向右移動(dòng)，故正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，K₁＞K₂，故答案為：＞；如圖，溫度由T₁升高至T₂時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以K₁＞K₂；
③根據(jù)H⁺運(yùn)動(dòng)方向及d口排出H₂O知，從b口進(jìn)入的物質(zhì)是甲醇、從c口進(jìn)入的物質(zhì)是O₂，由于電解質(zhì)溶液是酸，故正極反應(yīng)為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，當(dāng)有3mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，有0.5mol甲醇反應(yīng)，生成二氧化碳為0.5mol在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體 11.2L，
故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；11.2．

點(diǎn)評(píng)：本題目綜合考察學(xué)生有關(guān)熱化學(xué)、電化學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動(dòng)的有關(guān)知識(shí)，屬于綜合知識(shí)的考查，難度大．