Question

煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程．
（1）在煤的气化反应器中发生如下几种反应：
C（s）十H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol
CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ/mol
则CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=

 

（2）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），得到如表三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		反应达平衡时间/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	5
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①实验l中以 CO₂表示的反应速率为

 

．
②在900℃时，此反应的平衡常数K=

 

③若其它条件不变向实验

 

混合物中再加入0.4mol H₂O和0.4mol CO₂，达到新平衡时CO的转化率将

 

（变大、变小、不变）
（3）将标准状况下224mLCO 200mL 0.1mol/L KOH溶液中，充分反应后得到溶液X，若不考虑溶液体积的变化，下列有关X的叙述不正确的是

 

A、c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
B、该溶液中，c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）
C、该溶液中，水电离出的c（OH^-）大于水电离出的c（H⁺）
（4）如图，以CO和O₂为原料，用KOH作电解质组成燃料电，则该电池负极的反应式为

 

．
若将该电池作电源，以石墨为电极电解硫酸铜溶液，当产生时0.64gCu，理论上至少需要消耗标况下的CO气体

 

mL．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的计算,离子浓度大小的比较

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据盖斯定律计算化学反应的焓变；
（2）①由表中数据可知，CO的物质的量变化量为4mol-2.4mol=1.6mol，根据v=

△c

△t

计算v（CO），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（CO₂）；
②根据三行式进行计算；
③根据Qc和K的关系确定反应的方向，进而确定转化率的变化；
（3）将标准状况下224mL即0.01molCO₂通入200mL 0.1mol/L 即0.02molKOH溶液中，恰好完全反应，得到的是碳酸钾溶液，据此确定离子浓度之间的关系；
（4）依据原电池的工作原理，结合电极反应和电池反应综合计算书写．

解答： 解：（1）C（s）十H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ/mol①
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol ②
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ/mol ③
将方程式2③-②+①得CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=2×（-283kJ/mol）-（-394kJ/mol）+（+131kJ/mol）=-41 kJ/mol，
故答案为：-41 kJ/mol；
（2）①由表中数据可知，CO的物质的量变化量为4mol-2.4mol=1.6mol，v（CO）=

△n V

△t

=

1.6mol 2L

5min

=0.16mol/L?min，速率之比等于化学计量数之比，故v（CO₂）=v（CO）=0.16mol/（L?min）=0.16mol/（L?min），
故答案为：0.16mol/（L?min）；
②实验2条件下，
         H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始浓度 0.5mol/L 1mol/L   0       0
转化浓度 0.2mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l 0.2mol/l
平衡浓度 0.3mol/L 0.8mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l
K=

[CO2]?[H2]

[H2O]?[CO]

=

0.2×0.2

0.3×0.8

=0.17，
故答案为：0.17；
③向实验2混合物中再加入0.4mol H₂O和0.4mol CO₂，Qc=

0.4×0.2

0.5×0.8

=0.2＞0.17，所以反应会逆向移动，所以CO的转化率将变小，故答案为：2；变小；
（3）将标准状况下224mL即0.01molCO₂通入200mL 0.1mol/L 即0.02molKOH溶液中，恰好完全反应，得到的是碳酸钾溶液，
A、溶液中存在质子守恒：c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故A正确；
B、碳酸钾溶液中，碳酸根离子水解显示碱性，即c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），故B错误；
C、该溶液中，水电离出的c（OH^-）等于水电离出的c（H⁺），故C错误．
故选C．
（4）CO与O₂可以组成新型燃料电池，若该电池以Pt为电极，以KOH为电解质溶液，发生的电池反应的离子方程式为：2CO+O₂+4OH^-=2CO₃^2-+2H₂O；
原电池的正极电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；用总反应离子方程式减去正极电极反应，化简得到负极电极反应：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O；以石墨为电极电解硫酸铜溶液，当产生时0.64gCu，转移电子是0.02mol，理论上至少需要消耗标况下的CO0.01mol，体积是0.01mol×22.4L/mol=224mL，故答案为：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O；224．

点评：本题综合考查学生有关热化学、电化学以及化学反应速率和平衡的有关知识，属于综合知识的考查题，难度中等．