Question

能源的相互转化和利用是科学家研究的重要课题．
（1）将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气．反应为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1，
①该反应能否自发进行的外界条件是

 

；
②在一个恒容的密闭容器中，一定温度下发生上述反应，下列能判断该反应达到化学平衡状态的是

 

 （填相应的编号）．
A．c（CO）=c（H₂）    B．1mol H-H键断裂的同时断裂2mol H-O键  
C．容器中的压强不变    D．消耗H₂O的速率等于生成H₂的速率
（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，在催化剂存在下进行反应：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），得到如下二组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4
2	900	2	1	0.4	1.6

①该反应的△H

 

0（填“＞”“＜”“=”）
②计算实验2条件下平衡常数的值K=

 

（3）目前工业上有一种方法是用CO₂来生产甲醇．一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，下列措施中能使c（CH₃OH）增大的是

 

．
A．使用合适的催化剂           B．充入He（g），使体系压强增大 
C．将H₂O（g）从体系中分离出来  D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
（4）利用甲醇设计一个燃料电池：用氢氧化钾溶液作电解质溶液，用多孔石墨做电极，则放入甲醇的电极上发生的电极反应式是

 

．

Answer 1

考点：化学平衡状态的判断,反应热和焓变,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①反应能否自发进行根据公式△G=△H-T△S＜0计算；
②反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生改变，由此衍生的一些物理量也不变，以此判断；
（2）①第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时CO₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应；
②利用三段式计算平衡时，各组分的物质的量，该反应是气体体积不变的反应，故利用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式计算平衡常数；
（3）本题主要考查化学平衡理论的运用，平衡右移能使c（CH₃OH）增大；
（4）甲醇燃烧生成 CO₂，CO₂在氢氧化钾溶液中以KCO₃形式存在．

解答： 解：（1）①由热化学反应方程式可知，反应为焓增，熵增过程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0时反应能自发进行，较高温度下才能保证△G=△H-T△S＜0；
故答案为：较高温度；
 ②A．无论反应是否达到平衡状态，都存在c（CO）=c（H₂），故A错误；
B.1mol H-H键断裂的同时断裂2molH-O键，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故B正确；
C．反应在一个容积不变的密闭容器中进行，容器中的压强由气体的物质的量决定，当压强不变时，气体的物质的量就不变，气体的物质的量浓度也不变，说明达到平衡，故C正确； 
D．消耗H₂O的速率和生成H₂的速率都指正反应速率，故D错误；
故答案为：BC；
（2）①实验1中CO的转化率为

4mol-2.4mol

4mol

×100%=40% 实验2中CO的转化率为 

2mol-1.6mol

2mol

×100%=20%则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应放热；
故答案为：＜；
②平衡时CO的物质的量为1.6mol，则：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol）：2      1        0        0
变化（mol）：0.4    0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    0.6      0.4      0.4
该反应前后气体体积不变，故利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故900℃时该反应平衡常数k=

0.4×0.4

1.6×0.6

=0.17，
故答案为：0.17；
（3）A．加催化剂平衡不移动，c（CH₃OH）不变；
B．充入He（g），平衡不移动，c（CH₃OH）不变；
C．将H₂O（g）从体系中分离出来，平衡正向移动，c（CH₃OH）增大；
D．再充入1 mol CO₂和3 mol H₂，假设容器扩大一倍，达到平衡再压缩，c（CH₃OH）增大；
故答案为：BC；
（4）通甲醇的电极为负极，所以甲醇失电子，甲醇燃烧生成 CO₂，CO₂在氢氧化钾溶液中以KCO₃形式存在，电极方程式为CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O．

点评：本题考查化学平衡计算以及化学平衡移动等问题，化学计算中注意三步法规范解题，题目难度中等．