Question

【题目】在T℃时,发生反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)。

（1）T℃时,在一个2L的密闭容器中加入4molC和1molH2O(g),5min后反应达到平衡,C的转化率为20%。

①0～5min内,用H2O(g)表示的平均反应速率为____________。

②该反应达到平衡的标志是______。

a.气体的平均相对分子质量不变

b.气体的密度不变

c.H2O(g)、CO(g)、H2(g)的物质的量之比为1：1:1

d.气体的总物质的量不变

（2）T℃时,在下列密闭容器中加入相应的物质进行实验,中间的隔板可以自由滑动。

①若左室中气体的平均相对分子质量一直保持不变，则反应开始前H2O(g)、H2(g)的物质的量之比是__________。

②反应在达到平衡时,中间的隔板所处的位置是________。

a.1～1.5之间 b.1.5处 c.1.5～2之间

（3）已知:I.破坏1mol共价键所需要的能量如下表：

共价键	石墨中的碳碳键	H-H	C≡O	H-O
能量/kJ	475.7	436	1072	463

Ⅱ.石墨层由六角形蜂巢结构的碳原子构成，如图所示:

某同学构想:通过下列装置实现C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)的反应。

①按该考生的构想,石墨电极发生的反应式为_______________。

②这个构想成立吗?说明理由: _______________。

Answer 1

【答案】 0.08 mol/(L·min) abd 5:3 a C-2e－ +2OH－=CO↑+H2O 不成立。因为根据反应C(s)+H2O(g) CO(g) +H2(g)，物质的断键和成键的能量变化是：1.5×475.7 kJ +2×463 kJ -1072 kJ - 436 kJ=+131.5 kJ>0，说明是吸热反应，不能将化学能转化为电能

【解析】试题分析：本题考查化学反应速率的计算，化学平衡的标志，化学平衡的计算和极限法，电极反应式的书写，反应热的计算。

（1）①C的转化率为20%，转化C的物质的量为4mol20%=0.8mol，则转化H2O（g）的物质的量为0.8mol，υ[H2O（g）]=0.8mol2L5min=0.08mol/(L·min)。

② a项，反应生成的CO和H2的物质的量之比为1:1，反应生成的CO和H2的平均相对分子质量为15（281/2+21/2=15），建立平衡的过程中气体的平均相对分子质量减小，平衡时气体的平均相对分子质量不变，气体的平均相对分子质量不变表明反应达到平衡状态；b项，建立平衡过程中气体的质量增大，容器体积不变，气体的密度增大，平衡时气体的质量不变，气体的密度不变，气体的密度不变表明反应达到平衡状态；c项，平衡时各物质的浓度不再变化，不一定等于化学计量数之比，H2O（g）、CO（g）、H2（g）的物质的量之比为1:1:1不能说明反应一定达到平衡状态；d项，该反应的正反应为气体分子数增大的反应，建立平衡过程中气体物质的量增大，平衡时气体物质的量不变，气体的总物质的量不变说明反应达到平衡状态；能说明反应达到平衡的标志是abd。

（2）①设反应开始前H2O（g）、H2（g）物质的量依次为xmol、ymol，转化H2O（g）物质的量为amol，用三段式

C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g）

n（起始）（mol） x 0 y

n（转化）（mol） a a a

n（某时刻）（mol） x-a a y+a

左室中气体的平均相对分子质量一直保持不变， =，解得x：y=5：3，反应开始前H2O（g）、H2（g）物质的量之比为5:3。

②设反应开始前H2O（g）、H2（g）物质的量依次为xmol、ymol，起始到平衡转化H2O（g）物质的量为bmol，用三段式

C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g）

n（起始）（mol） x 0 y

n（转化）（mol） b b b

n（平衡）（mol） x-b b y+b

根据同温同压下气体体积之比等于气体物质的量之比，反应前（x+y）：n（N2）=1:2，x的最大值为n（N2）/2；反应达到平衡时，左室气体物质的量为x+y+b，由于是可逆反应则0bx，左室反应达平衡时气体物质的量x+yx+y+bx+y+x，左室气体物质的量n（N2）/2x+y+b n（N2），右室N2物质的量不变，根据同温同压下气体体积之比等于气体物质的量之比，左室达平衡时隔板所处位置在1~1.5之间，答案选a。

（3）①反应中C元素的化合价由0价升至CO中的+2价，石墨电极发生失电子的氧化反应，电极反应式为C（s）-2e-+2OH-=CO↑+H2O。

②根据石墨的结构，1mol石墨中含碳碳键1.5mol，反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)的ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和=1.5E（碳碳键）+2E（H-O）-E（CO）-E（H-H）=1.5475.7kJ/mol+2463kJ/mol-1072kJ/mol-436kJ/mol=+131.55kJ/mol，该反应为吸热反应，不能通过原电池将化学能转化成电能，构想不成立。