Question

【题目】合成气的主要成分是 一氧化碳和氢气，是重要的化工原料。

I.已知下列反应：

①CH4(g) + H2O(g)CO(g) + 3H2(g) ΔH = +206 kJ/mol

②C(s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) ΔH = +131 kJ/mol

（1）工业制取炭黑的方法之一是将甲烷隔绝空气加热到1300℃进行裂解。填写空白。

CH4(g)= C(s)+ 2H2(g) ΔH =______________kJ/mol。

（2）若800℃时，反应①的平衡常数K1=1.0，某时刻测得该温度下，密闭容器中各物质的物质的量浓度分别为：c(CH4)=4.0 mol·L－1；c(H2O)=5.0 mol·L－1；c(CO)=1.5 mol·L－1；c(H2)=2 mol·L－1，则此时该可逆反应的状态是_____________________(填“达到平衡”、“向正反应方向移动”或“向逆反应方向移动”)。

Ⅱ．甲醇是一种可再生能源，工业上用合成气来合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，分析该反应并回答下列问题：

（3）一定条件下，将CO与H2以物质的量之比1:1置于恒容密闭容器中发生以上反应，能说明该反应已达到平衡的是_____________________________。

A．体系的压强不发生变化 B．混合气的密度保持不变

C．体系中碳元素的质量分数不变 D．CO与H2的物质的量之比保持不变

（4）如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1______K2 （填“>”、“<”或“=”）。理由是__________________________________________________。

（5）已知甲醇燃料电池的工作原理如图所示。该电池工作时，电池左边的电极发生的电极反应式为______________________________。

（6）用甲醇燃料电池作为直流电源，设计如图装置制取Cu2O，电解总反应为：2Cu＋H2O＝Cu2O＋H2↑。写出铜电极的电极反应式_______________________。

Answer 1

【答案】 +75 向正反应方向移动 AD > 由图可知温度由T1升高至T2时，CO的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，所以K1>K2 2CH3OH-12e－+2H2O＝2CO2+12H+ 或CH3OH-6e－+H2O＝CO2+6H+ 2Cu＋2OH－-2e－＝Cu2O＋H2O

【解析】（1）已知：

①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH＝+206 kJ/mol

②C(s)+H2O(g)＝CO(g)+H2(g) ΔH＝+131 kJ/mol

根据盖斯定律可知①－②即得到CH4(g)＝C(s)+2H2(g)的ΔH＝+75kJ/mol。

（2）此时浓度熵为＜1，所以向正反应方向移动；（3）A．正反应体积减小，则体系的压强不发生变化可以说明达到平衡状态，A正确；B．混合气的质量和容器容积始终不变，则密度始终不变，不能说明，B错误；C．根据质量守恒定律可知体系中碳元素的质量分数始终不变，不能说明，C错误；D．由于CO与H2的物质的量之比不是按照化学计量数之比通入的，则CO与H2的物质的量之比保持不变时，可以说明反应达到平衡状态，D正确，答案选AD；（4）首先达到平衡时温度高，由图可知温度由T1升高至T2时，CO的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，所以K1＞K2。（5）氢离子向右侧移动，则右侧是正极，左侧是负极，甲醇失去电子，电极反应式为CH3OH-6e－+H2O＝CO2+6H+；（6）铜元素化合价升高，失去电子，铜电极是阳极，溶液显碱性，则阳极电极反应式为2Cu＋2OH－-2e－＝Cu2O＋H2O。