Question

【题目】氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。以生物材质 (以C 计）与水蒸气反应制取H2是种低耗能，高效率的制H2方法。该方法由气化炉制造H2和燃烧炉再生CaO两步构成。气化炉中涉及到的反应为：

I C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) K1；

II CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K2；

III CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s) K3；

燃烧炉中涉及到的反应为：

IV C(s)+O2(g)=CO2

V CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)

（1）该工艺制H2总反应可表示为C(s)+2H2O(g)+CaO(s) CaCO3(s)+2H2(g)，其反应的平衡常数K=__________（用K1、K2、K3的代数式表示）。在2L的密闭容器中加入一定量的C(s)、H2O(g)和CaO(s)。下列能说明反应达到平衡的是_______________________。

A.容器内压强不再变化 B. H2与H2O(g)的物质的量之比不再变化

C.混合气体的密度不再变化 D.形成a molH-H键的同时断裂2amolH-O键

（2）对于反应I，不同温度和压强对H2产率影响如下表。

温度	压强p1/Mpa	压强p2/Mpa
500℃	45.6%	51.3%
700℃	67.8%	71.6%

下列图像正确的是__________________。

（3）已知反应Ⅱ的ΔH=-41.1kJ/mol，C=O、O-H、H-H的键能分别为 803 kJ/mol，464 kJ/mol、436 kJ/mol，则CO中碳氧键的键能为___________ kJ/mol。

（4）对于反应Ⅲ，若平衡时再充入CO2，使其浓度增大到原来的2倍，则平衡移动方向为___________；当重新平衡后，CO2浓度___________（填“变大”“ 变小”“ 不变”）。

（5）甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，其工作原理的示意图如下：

请回答下列问题：

①Pt(a)电极是电池的_______极，电极反应式为______________________；

②常温下，用此电池以惰性电极电解0.5L饱和食盐水（足量），若两极共生成气体1.12L（已折算为标准状况下的体积），则电解后溶液的pH=_________（忽略溶液的体积变化）。

Answer 1

【答案】 K1·K2·K3 BC BD 1072.9 正向移动或向右移动 不变 负 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 13

【解析】（1）已知：① C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) K1；

② CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K2；

③ CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s) K3；

根据盖斯定律可知①+②+③即得到制H2总反应C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)，所以该反应的平衡常数K＝K1·K2·K3。A.反应前后体积不变，容器内压强不再变化不能说明反应达到平衡状态，A错误；B. 由于只有两种气体，因此H2与H2O(g)的物质的量之比不再变化说明正逆反应速率相等，达到平衡状态，B正确；C.密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但气体的质量是变化的，因此混合气体的密度不再变化说明达到平衡状态，C正确；D.形成a molH-H键的同时断裂2amolH-O键均表示正反应速率，不能说明反应达到平衡状态，D错误，答案选BC；（2）压强相同时升高温度氢气的产率增加，说明正反应是吸热反应；温度相同时，增大压强平衡向逆反应方向进行，氢气产率降低，所以压强是P1＞P2，则A、降低压强时平衡向正反应方向进行，正反应速率大于逆反应速率，A错误；B、升高温度平衡向正反应方向进行，氢气产率增大，B正确；C、温度相同时增大压强平衡向逆反应方向进行，水蒸气含量增大，C错误；D、升高温度平衡向正反应方向进行，平衡常数增大，D正确，答案选BD；（3）反应热等于断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值，已知反应Ⅱ的ΔH=-41.1kJ/mol，则x+2×464-2×803-436＝-41.1，解得x＝1072.9，即CO中碳氧键的键能为1072.9kJ/mol。（4）对于反应Ⅲ，若平衡时再充入CO2，使其浓度增大到原来的2倍，则平衡向正反应方向移动；由于该反应的平衡常数K＝c(CO2)，温度不变，平衡常数不变，所以当重新平衡后，CO2浓度不变。（5）①Pt(a)电极充入甲醇，产生CO2，所以是电池的负极，由于存在质子交换膜，则负极电极反应式为 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；②惰性电极电解饱和食盐水两电极分别产生氢气和氯气，且二者的物质的量相等，均是0.56L÷22.4L/mol＝0.025mol，所以生成氢氧化钠是0.05mol，氢氧根的浓度是0.05mol÷0.5L＝0.1mol/L，则电解后溶液的pH＝13。