Question

过度排放CO₂ 会造成“温室效应”，为了减少煤燃烧对环境赞成的污染，煤的气化是高效、清洁利用煤炭的重要途径．煤综合利用的一种途径如图1所示．

（1）用如图2所示装置客定量检测过程①产生的CO₂（提示：煤粉燃烧过程中也会产生SO₂；不考虑空
气中的CO₂和水蒸气对检测的影响）B中预期的现象是

 

，D中的试剂是

 

．

（2）已知C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ/mol
C（s）+2H₂O（g）═CO（g）+2H₂（g）△H₂=+90kJ?mol^-1
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是

 

（3）用图3装置可以完成过程⑤的转化．同时提高能量的利用率，a电极的电极反应式是

 

（4）在压强为0.1MPa条件下，容积为V L的密闭容器中a mol CO与2a mol H₂在催化剂作用下反应生成甲醇CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示，则：
①P₁

 

P₂（填“＞”、“＜”、或“=”）．
②在其它条件不变的情况下，向容器中增加a mol CO与2a mol H₂，达到新平衡时，CO的转化率

 

（填“增大”、“减小”或“不变”，下同），平衡常数

 

．
③在P₁下，100℃时，CH₃OH（g）═CO（g）+2H₂（g）反应的平衡常数为

 

（用含a、V的代数式表示）
（5）图4表示CO₂与H₂反应生成CH₃OH和H₂O的过程能量（单位为kJ?mol^-1）的变化：关于该反应的下列说法中，正确的是

 

（填序号）
A．△H＞0，△S＞0   B．△H＞0，△S＜0  
C．△H＜0，△S＜0   D．△H＜0，△S＞0．

Answer 1

考点：转化率随温度、压强的变化曲线,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理,探究物质的组成或测量物质的含量

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）根据燃煤烟气的成分为CO₂、SO₂、CO、H₂O，酸性高锰酸钾能够除去SO₂，CO₂、CO、H₂O不能使品红溶液褪色，浓硫酸可以吸水；根据碱石灰能够吸收CO₂；
（2）根据盖斯定律来解答；根据温度对化学平衡的影响来判断平衡常数K的变化；
（3）根据原电池将化学能转变成电能；根据负极的电极反应=总反应-正极的电极反应；
（4）①根据定一议二原则，定温度同，再比较压强；
②在温度和容积不变的情况下，再向平衡体系中充入a mol CO（g）、2a mol H₂（g），等效为在原平衡的基础上增大一倍压强，平衡向正反应移动；化学平衡常数只受温度影响，与浓度无关，温度不变，平衡常数不变；
③化学平衡常数K=

各生成物平衡浓度系数次方的乘积

各个反应物平衡浓度系数次方的乘积

；
（5）依据反应和图象分析判断：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），气体的物质的量减少，反应是熵减少的反应△S＜0；反应物能量高于生成物的能量，判断反应是放热反应，△H＜0．

解答： 解：（1）燃煤烟气的成分为CO₂、SO₂、CO、H₂O，酸性高锰酸钾能够除去SO₂，CO₂、CO、H₂O不能使品红溶液褪色，碱石灰能够吸收CO₂，
故答案为：品红溶液不变色；碱石灰；
（2）C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ?mol^-1     ①
     C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=+90kJ?mol^-1     ②
由盖斯定律②-①得：
      CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
故答案为：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1；
（3）原电池的正极上是氧气发生得电子的还原反应，即正极：3O₂+12e-+12H⁺=6H₂O，总反应是：CH₃OCH₃+3O₂=2CO₂↑+3H₂O，负极的电极反应=总反应-正极的电极反应=CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺，
故答案为：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺；
（4）①温度相同时，作垂直x轴的辅助线，发现压强为P₂的CO的转化率高，该反应正反应为体积减小的反应，压强增大平衡向体积减小的方向移动，即向正反应应移动，CO的转化率增大，所以P₁＜P₂，故答案为：＜；
②在温度和容积不变的情况下，再向平衡体系中充入a mol CO（g）、2a mol H₂（g），等效为在原平衡的基础上增大一倍压强，平衡向正反应移动，CO的转化率增大，化学平衡常数只受温度影响，与浓度无关，温度不变，平衡常数不变，故答案为：增大；不变；
③在压强为0.1MPa条件下，容积为V L的密闭容器中a mol CO与2a mol H₂在催化剂作用下反应生成甲醇．即
            CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
初始浓度：

a

V

       

2a

V

       0
变化浓度：

a

2V

       

a

V

      

a

2V

平衡浓度：

a

2V

       

a

V

         

a

2V

则K=

a 2V

a 2V ×( a V )2

=

V2

a2

，在P₁下，100℃时，CH₃OH（g）═CO（g）+2H₂（g）反应的平衡常数和反应CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）的K互为倒数，所以该反应的K=

a2

V2

，故答案为：K=

a2

V2

；
（5）依据反应和图象分析判断：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），气体的物质的量减少，反应是熵减少的反应△S＜0；反应物能量高于生成物的能量，判断反应是放热反应，△H＜0，
故答案为：C．

点评：本题目综合考查学生热化学、电化学、化学反应速率和平衡的计算和应用等方面的知识，注意知识的归纳和整理是关键，难度不大．