Question

【題目】煤是一種重要的化工原料，人們將利用煤制取的水煤氣、焦炭、甲醚等廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中．
（1）已知：
①C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJmol﹣1
②CO2（g）+H2（g）═CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJmol﹣1
則碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式為 ， 該反應(yīng)在（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）下有利于正向自發(fā)進(jìn)行；
（2）有人利用炭還原法處理氮氧化物，發(fā)生反應(yīng)C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）．向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，在T1℃時(shí)，不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度如下表所示：

時(shí)間（min） 濃度（mol/L）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①10～20min內(nèi)，N2的平均反應(yīng)速率v（N2）=；
②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是（填字母序號(hào)）
A．通入一定量的NO
B．加入一定量的活性炭
C．加入合適的催化劑
D．適當(dāng)縮小容器的體積
（3）研究表明：反應(yīng)CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

若反應(yīng)在500℃時(shí)進(jìn)行，設(shè)起始時(shí)CO和H2O的濃度均為0.020molL﹣1 ， 在該條件下達(dá)到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為；
（4）用CO做燃料電池電解CuSO4溶液、FeCl3和FeCl2混合液的示意圖如圖1所示，其中A、B、D均為石墨電極，C為銅電極．工作一段時(shí)間后，斷開K，此時(shí)A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同．
①乙中A極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為；
②丙裝置溶液中金屬陽(yáng)離子的物質(zhì)的量與轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量變化關(guān)系如圖2所示，則圖中③線表示的是（填離子符號(hào)）的變化；反應(yīng)結(jié)束后，要使丙裝置中金屬陽(yáng)離子恰好完全沉淀，需要mL5.0molL﹣1 NaOH溶液．

Answer 1

【答案】
（1）C（s）+2H2O（g）=CO2（g）+2H2（g）△H=+90.0kJ?mol﹣1；高溫
（2）0.009mol/（L?min）；AD
（3）75%
（4）2.24L；Cu2+；280
【解析】（1）已知①C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJmol﹣1②CO2（g）+H2（g）═CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJmol﹣1
根據(jù)蓋斯定律，將①﹣②可得：C（s）+2H2O（g）=CO2（g）+2H2（g）△H=+90kJmol﹣1 ， 反應(yīng)的焓變△H＞0，△S＞0，根據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)
△H﹣TS＜0，所以需要高溫下發(fā)生，所以答案是：C（s）+2H2O（g）=CO2（g）+2H2（g）△H=+90.0 kJmol﹣1；高溫；（2）①10～20min內(nèi)，N2的平均反應(yīng)速率v（N2）= mol/（Lmin）=0.009 mol/（Lmin），所以答案是：0.009 mol/（Lmin）；②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮?dú)猓�二氧化碳濃度都增大；A．通入一定量的NO，反應(yīng)正向進(jìn)行，達(dá)到平衡后一氧化氮、氮?dú)狻⒍�氧化碳濃度增大，故符合；B．加入一定量的活性炭是固體，對(duì)平衡無(wú)影響，故不符合；C．加入合適的催化劑，只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能改變平衡，濃度不變，故不符合；D．適當(dāng)縮小容器的體積，反應(yīng)前后是氣體體積不變的反應(yīng)，平衡不動(dòng)，但個(gè)物質(zhì)濃度增大，符合要求，故符合；所以答案是：AD；（3）設(shè)CO的濃度變化量為c，三段式法用c表示出平衡時(shí)各組分個(gè)濃度，
CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g），
起始（mol/L）：0.02 0.020 0 0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：c c c c
平衡（mol/L）：0.02﹣c 0.02﹣c c c
代入500℃時(shí)反應(yīng)平衡常數(shù)有k= = =9，解得c=0.015mol/L，CO的最大所以轉(zhuǎn)化率為 ×100%=75%，
所以答案是：75%；
4）①工作一段時(shí)間后，斷開K，此時(shí)A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，分析電極反應(yīng)，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣，設(shè)生成氣體物質(zhì)的量為X，溶液中銅離子物質(zhì)的量為0.1mol，電極反應(yīng)為：
Cu2++2e﹣=Cu，
0.1mol 0.2mol
2H++2e﹣=H2↑，
2x x
A電極為陽(yáng)極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應(yīng)為：
4OH﹣﹣4e﹣=2H2O+O2↑，
4x x
得到0.2+2x=4x，
x=0.1mol
乙中A極析出的氣體是氧氣物質(zhì)的量為0.1mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L，
所以答案是：2.24L；
②根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽(yáng)離子的物質(zhì)的量的變化，可知，銅離子從無(wú)增多，鐵離子物質(zhì)的量減小，亞鐵離子增加，①為Fe3+ ， ②為Fe2+ ， ③為Cu2+ ，
依據(jù)（2）計(jì)算得到電子轉(zhuǎn)移應(yīng)為0.4mol，對(duì)比圖象，可知此時(shí)溶液中為Fe2+ 0.5mol，和Cu2+離子0.2mol．需要加入NaOH溶液1.4mol，體積為280ml，
所以答案是：Cu2+；280．
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解反應(yīng)熱和焓變的相關(guān)知識(shí)，掌握在化學(xué)反應(yīng)中放出或吸收的熱量，通常叫反應(yīng)熱，以及對(duì)化學(xué)平衡的計(jì)算的理解，了解反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率=轉(zhuǎn)化濃度÷起始濃度×100%=轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量÷起始物質(zhì)的量×100%；產(chǎn)品的產(chǎn)率=實(shí)際生成產(chǎn)物的物質(zhì)的量÷理論上可得到產(chǎn)物的物質(zhì)的量×100%．