Question

碳及其化合物有廣泛的用途．
（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產生水煤氣．反應為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），△H=+131.3kJ?mol^-1，以上反應達到平衡后，在體積不變的條件下，以下措施有利于提高H₂O的平衡轉化率的是

 

．
A．升高溫度　  B．增加碳的用量   C．加入催化劑　　D．用CO吸收劑除去CO
（2）又知，C（s）+CO₂（g）?2CO（g），△H=+172.5kJ?mol^-1
則CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的焓變△H=

 

（3）CO與H₂在一定條件下可反應生成甲醇，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．甲醇是一種燃料，可利用甲醇設計一個燃料電池，用稀硫酸作電解質溶液，多孔石墨做電極，該電池負極通入的物質是：

 

，正極反應式為：

 

．
（4）將一定量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2.0L的恒容密閉容器中，發生以下反應：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下數據：

溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所x需時間/min
	H2O	CO	H2	CO
900	1.0	2.0	0.4	1.6	3.0

通過計算求出該反應的平衡常數（寫出計算過程，結果保留兩位有效數字）

 

．
（5）工業生產是把水煤氣中的混合氣體經過處理后獲得的較純H2用于合成氨．合成氨反應原理為：N₂（g）+3H₂（g） 

一定條件

2NH₃（g），△H=-92.4kJ?mol^-1．實驗室模擬化工生產，分別在不同實驗條件下反應，N₂濃度隨時間變化如圖1．

請回答下列問題：
①與實驗Ⅰ比較，實驗Ⅱ改變的條件為

 

．
②實驗Ⅲ比實驗Ⅰ的溫度要高，其它條件相同，請在上圖2中畫出實驗Ⅰ和實驗Ⅲ中NH₃濃度隨時間變化的示意圖

 

．

Answer 1

分析：（1）該反應是一個反應前后氣體體積增大的吸熱反應，升高溫度、減小壓強、減少生成物的量都能使平衡向正反應方向移動增大水蒸氣的轉化率；
（2）利用蓋斯定律構造目標熱化學方程式，反應熱也進行相應的運算；
（3）原電池負極發生氧化反應，甲醇在負極通入，氧氣在正極放電，發生還原反應，酸性條件下生成水；
（4）根據三段式計算平衡時各組分的物質的量，反應前后氣體的體積不變，用物質的量代替濃度代入平衡常數表達式k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

計算；
（5）①由圖開始，實驗Ⅱ與實驗Ⅰ相比，反應速率加快，平衡時氮氣的濃度不變，說明改變條件速率加快平衡不移動，結合反應特征與平衡移動原理分析；
②實驗Ⅲ的溫度比實驗Ⅰ高，反應速率快，到達平衡時間縮短，正反應為放熱反應，平衡向逆反應方向移動，平衡時氨氣的濃度較實驗Ⅰ低，據此作圖．

解答：解：（1）有利于提高H₂O的平衡轉化率，應改變體積平衡向正反應方向移動，且不能增大水的濃度，
A．正反應為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，水的轉化率增大，故A正確；
B．碳為固體，增加碳的用量，不影響平衡移動，水的轉化率不變，故B錯誤；
C．加入催化劑，加快反應速率，縮短到達平衡的時間，不影響平衡移動，水的轉化率不變，故C錯誤；
D．用CO吸收劑除去CO，CO的濃度降低，平衡向正反應方向移動，水的轉化率增大，故D正確，
故答案為：AD；
（2）已知：①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），△H=+131.3kJ?mol^-1，
②C（s）+CO₂（g）?2CO（g），△H=+172.5kJ?mol^-1
根據蓋斯定律，①-②得：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），△H=131.3kJ?mol^-1-172.5kJ?mol^-1=-42.2kJ?mol^-1，
故答案為：-42.2kJ?mol^-1；
（3）甲醇發生氧化反應，應在負極通入，氧氣發生還原反應，在正極放電，酸性條件下生成水，正極電極反應式為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：甲醇；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（4）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
起始（mol）：2       1       0        0
變化（mol）：0.4    0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    0.6      0.4      0.4        
反應前后氣體的體積不變，用物質的量代替濃度計算平衡常數，故k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.4×0.4

1.6×0.6

=0.17，
故答案為：0.17；
（5）①由圖開始，實驗Ⅱ與實驗Ⅰ相比，反應速率加快，平衡時氮氣的濃度不變，說明改變條件速率加快平衡不移動，該反應正反應是體積減小的放熱反應，升高溫度或增大壓強、增大反應物濃度，可以增大反應速率，但平衡發生移動，故應是使用催化劑，
故答案為：使用催化劑；
②實驗Ⅲ的溫度比實驗Ⅰ高，反應速率快，到達平衡時間縮短，正反應為放熱反應，平衡向逆反應方向移動，平衡時氨氣的濃度較實驗Ⅰ低，故圖象為：，

故答案為：．

點評：題目綜合性較大，涉及反應熱計算、原電池、化學平衡圖象與影響因素、化學平衡常數計算等，側重高考常考點與基礎知識的考查，目難度中等．