Question

碳及其化合物有广泛的用途．
（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=+131.3kJ?mol^-1，以上反应达到平衡后，在体积不变的条件下，以下措施有利于提高H₂O的平衡转化率的是

 

．
A．升高温度　  B．增加碳的用量   C．加入催化剂　　D．用CO吸收剂除去CO
（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=

 

（3）CO与H₂在一定条件下可反应生成甲醇，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．甲醇是一种燃料，可利用甲醇设计一个燃料电池，用稀硫酸作电解质溶液，多孔石墨做电极，该电池负极通入的物质是：

 

，正极反应式为：

 

．
（4）将一定量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2.0L的恒容密闭容器中，发生以下反应：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下数据：

温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所x需时间/min
	H2O	CO	H2	CO
900	1.0	2.0	0.4	1.6	3.0

通过计算求出该反应的平衡常数（写出计算过程，结果保留两位有效数字）

 

．
（5）工业生产是把水煤气中的混合气体经过处理后获得的较纯H2用于合成氨．合成氨反应原理为：N₂（g）+3H₂（g） 

一定条件

2NH₃（g），△H=-92.4kJ?mol^-1．实验室模拟化工生产，分别在不同实验条件下反应，N₂浓度随时间变化如图1．

请回答下列问题：
①与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ改变的条件为

 

．
②实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高，其它条件相同，请在上图2中画出实验Ⅰ和实验Ⅲ中NH₃浓度随时间变化的示意图

 

．

Answer 1

分析：（1）该反应是一个反应前后气体体积增大的吸热反应，升高温度、减小压强、减少生成物的量都能使平衡向正反应方向移动增大水蒸气的转化率；
（2）利用盖斯定律构造目标热化学方程式，反应热也进行相应的运算；
（3）原电池负极发生氧化反应，甲醇在负极通入，氧气在正极放电，发生还原反应，酸性条件下生成水；
（4）根据三段式计算平衡时各组分的物质的量，反应前后气体的体积不变，用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

计算；
（5）①由图开始，实验Ⅱ与实验Ⅰ相比，反应速率加快，平衡时氮气的浓度不变，说明改变条件速率加快平衡不移动，结合反应特征与平衡移动原理分析；
②实验Ⅲ的温度比实验Ⅰ高，反应速率快，到达平衡时间缩短，正反应为放热反应，平衡向逆反应方向移动，平衡时氨气的浓度较实验Ⅰ低，据此作图．

解答：解：（1）有利于提高H₂O的平衡转化率，应改变体积平衡向正反应方向移动，且不能增大水的浓度，
A．正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，水的转化率增大，故A正确；
B．碳为固体，增加碳的用量，不影响平衡移动，水的转化率不变，故B错误；
C．加入催化剂，加快反应速率，缩短到达平衡的时间，不影响平衡移动，水的转化率不变，故C错误；
D．用CO吸收剂除去CO，CO的浓度降低，平衡向正反应方向移动，水的转化率增大，故D正确，
故答案为：AD；
（2）已知：①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），△H=+131.3kJ?mol^-1，
②C（s）+CO₂（g）?2CO（g），△H=+172.5kJ?mol^-1
根据盖斯定律，①-②得：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），△H=131.3kJ?mol^-1-172.5kJ?mol^-1=-42.2kJ?mol^-1，
故答案为：-42.2kJ?mol^-1；
（3）甲醇发生氧化反应，应在负极通入，氧气发生还原反应，在正极放电，酸性条件下生成水，正极电极反应式为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案为：甲醇；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（4）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
起始（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        
反应前后气体的体积不变，用物质的量代替浓度计算平衡常数，故k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.4×0.4

1.6×0.6

=0.17，
故答案为：0.17；
（5）①由图开始，实验Ⅱ与实验Ⅰ相比，反应速率加快，平衡时氮气的浓度不变，说明改变条件速率加快平衡不移动，该反应正反应是体积减小的放热反应，升高温度或增大压强、增大反应物浓度，可以增大反应速率，但平衡发生移动，故应是使用催化剂，
故答案为：使用催化剂；
②实验Ⅲ的温度比实验Ⅰ高，反应速率快，到达平衡时间缩短，正反应为放热反应，平衡向逆反应方向移动，平衡时氨气的浓度较实验Ⅰ低，故图象为：，

故答案为：．

点评：题目综合性较大，涉及反应热计算、原电池、化学平衡图象与影响因素、化学平衡常数计算等，侧重高考常考点与基础知识的考查，目难度中等．