Question

煤经过化学加工可转化为气体或液体燃料以及各种化工产品，从而提高了煤的利用率．
（1）将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气．反应为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=131.5kJ?mol^-1
①下列措施中，不能提高碳的转化率的是______（填字母序号）．
a．容器的容积不变，增加水蒸汽的物质的量       b．缩小容器的容积，增大压强
c．及时将水煤气从容器中移走                  d．其他条件不变，升高温度
②又知，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H=172.5kJ?mol^-1．则CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的焓变（△H）为______．
（2）CO与H₂在一定条件下可反应生成甲醇，CO（g）+2H₂?CH₃OH（g）．甲醇是一种燃料，可用于设计燃料电池．下图是甲醇燃料电池的原理示意图．

①a处通入的是______（填物质名称），左侧电极上发生______（填“氧化”或“还原”）反应．
②该电池工作过程中，H⁺的移动方向为从______到______（填“左”或“右”）
③该电池正极反应式为______．
④若用该电池提供的电能电解60mL NaCl溶液，设有0.01mol CH₃OH完全放电，NaCl足量，且电解产生的Cl₂全部溢出，电解前后忽略溶液体积的变化，则电解结束后所得溶液的pH=______．
（3）将等量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到容积为2L的恒容密闭容器中进行如下反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=akJ?mol^-1，得到下列数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
		H2O	CO	H2
1	650	2	4	1.6	5
2	900	2	4	0.9	t

①在实验1中，以v（CO₂）表示该反应的反应速率为______mol?L^-1?min^-1；
②在实验2中，t______5．（填“＞”、“＜”或“=”）

Answer 1

【答案】分析：（1）①根据平衡的移动判断．
②根据盖斯定律计算．
（2）①电池总反应为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，原电池中电子从负极经外电路流向正极，由图可知，左侧电极流出电子，为负极，发生氧化反应，所以，a处通入甲醇．
②甲醇在催化剂作用下提供质子和电子，电子经外电路、质子经内电路通过质子交换膜到达另一极与氧气反应．
③H⁺与氧气在正极发生还原反应．
④计算出0.01molCH₃OH完全放电转移的电子的物质的量，根据电解氯化钠溶液原理，可知电解生成氢氧化钠为电解过程转移的电子的物质的量，利用Kw求出H⁺浓度，再利用pH=-logc（H⁺）计算．
（3）①根据v=计算v（H₂），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（CO₂）．
②温度越高，反应越快，到达平衡时间越短．
解答：解：（1）①a、容器的容积不变，增加水蒸汽的物质的量，水蒸汽的浓度增大，平衡向正反应移动，碳的转化率提高，故a正确；
b、缩小容器的容积，增大压强，平衡向体积减小的方向移动，即向逆反应移动，碳的转化率降低，故b错误；
c、及时将水煤气从容器中移走，生成物的浓度降低，平衡向正反应移动，碳的转化率提高，故c正确；
d、该反应为吸热反应，其他条件不变，升高温度，向吸热方向移动，即平衡向正反应移动，碳的转化率提高，故d正确；
故选：b
②已知反应：①C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）；△H=131.5kJ?mol^-1
            ②C（s）+CO₂（g）2CO（g）；△H=172.5kJ?mol^-1
所以①-②得，CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41kJ?mol^-1
答案为：-41kJ?mol^-1
（2））①电池总反应为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，原电池中电子从负极经外电路流向正极，由图可知，左侧电极流出电子，为负极，发生氧化反应，所以，a处通入甲醇．
故答案为：甲醇；氧化
②甲醇在催化剂作用下提供质子和电子，电子经外电路、质子经内电路通过质子交换膜到达另一极与氧气反应．所以H⁺的移动方向为从左到右．
故答案为：从左到右
③H⁺与氧气在正极发生还原反应，电极反应式为4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O．
故答案为：4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O
④0.01molCH₃OH完全放电转移的电子的物质的量为0.01mol×[4-（-2）]=0.06mol，根据电解氯化钠溶液原理，正极反应式为2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，可知溶液中n（OH^-）=0.06mol，所以c（OH^-）==1mol/L，所以c（H⁺）==10^-14，pH=-logc（H⁺）=-log（10^-14）=14．
故答案为：14
（3））①v（H₂）===0.16mol/（L?min），利用速率之比等于化学计量数之比，所以v（CO₂）=v（H₂）=0.16mol/（L?min）．
故答案为：0.16mol/（L?min）
②温度越高，反应越快，到达平衡时间越短，所以t＜5min．
故答案为：＜
点评：本题综合性较大，涉及反应热、化学平衡、原电池、电解、pH值计算等，题目难度中等，注意利用盖斯定律计算反应热．