Question

（14分）煤炭氣化可以提高燃料的利用率，又可以合成新型能源。
（1）煤炭氣化時發生的反應為：C（s）＋H₂O（g）H₂（g）＋CO（g）。
①已知：2C （s）＋O₂（g）＝2CO （g）；△H₁＝–221．0 kJ mol^–1
2H₂（g）＋O₂（g）＝2H₂O （g）；△H₂＝–483．6 kJ mol^–1
則煤氣化反應的△H＝         。
②煤氣化反應的平衡常數表達式K＝    ，溫度升高，平衡常數          。
（2）水煤氣可以合成甲醇：CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）。一定條件下，向體積為1 L的密閉容器中充入1 mol CO和3 mol H₂，反應達到平衡狀態時，CO的平衡轉化率為75%。
①從反應開始到平衡，H₂的平均反應速率υ（H₂）＝                。
②反應達平衡后充入適量氫氣并維持H₂濃度和容器的溫度不變，增大容器的體積，跟原平衡相比較達到新平衡時CO的轉化率       （填“增大”、“不變”或“減小”），其原因是                                              。
③將3.2 g甲醇充分燃燒后的產物通入75 mL2 mol/L的NaOH溶液，所得溶液中離子濃度大小順序為                    。

Answer 1

⑴①＋131．3 kJ mol^–1(2分)  ②(2分) 增大   (2分)
⑵①0.150mol·L^－1·min^－1(2分)  ②不變(2分) 保持溫度不變，則平衡常數不變，增大容器體積，維持H₂濃度不變，則濃度冪等于平衡常數K，K不變，所以不變，故CO的轉化率不變。     (2分)③c(Na^＋)＞c(HCO₃^－   )＞c(CO₃^2－)＞c(OH^－)＞c(H^＋) (2分)

⑴①考查蓋斯定律的應用。設提供的兩個熱化學方程式分別為a、b，根據蓋斯定律，由(a－b)×，可得：C(s)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO(g)，故△H＝(－221＋483．6)kJ mol^–1×＝＋131.3 kJ mol^–1。
②平衡常數是指在一定條件下，可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據方程式可知，平衡常數的表達式為K＝。應用正反應是吸熱反應，所以升高溫度，平衡向正反應方向移動，，因此平衡常數增大。
⑵①CO的平衡轉化率為75%，所以v(CO)＝＝0.075 mol·L^－1·min^－1。由于反應速率之比是相應的化學計量數之比，因此v(H₂)＝2v(CO₂)＝0.150 mol·L^－1·min^－1。
②保持溫度不變，則平衡常數不變，增大容器體積，維持H₂濃度不變，則濃度冪等于平衡常數K，K不變，所以不變，故CO的轉化率不變。
③3.2g甲醇完全燃燒生成的CO₂是3.2g÷32g/mol＝0.1mol，氫氧化鈉是0.15mol，所以根據方程式可知，反應后得到等物質的量濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液，溶液顯堿性。由于CO₃^2－水解程度大于HCO₃^－   的水解程度，因此離子濃度大小為c(Na^＋)＞c(HCO₃^－   )＞c(CO₃^2－)＞c(OH^－)＞c(H^＋)。