煤是一种重要的化工原料，人们将利用煤制取的水煤气、焦炭、*醚等广泛用于工农业生产中。(1)已知：①C(s)＋H...

问题详情：

煤是一种重要的化工原料，人们将利用煤制取的水煤气、焦炭、*醚等广泛用于工农业生产中。

(1)已知：

①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH=＋131.3 kJ·mol－1

②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH=＋41.3 kJ·mol－1

则炭与水蒸气反应生成二氧化碳和*气的热化学方程式为_______________。

该反应在________(填“高温”“低温”或“任何温度”)下有利于正向自发进行。

(2)有人利用炭还原法处理氮氧化物，发生反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活*炭和NO，在T1 ℃时，不同时间测得各物质的浓度如表所示：

①10～20 min内，N2的平均反应速率v(N2)=________。

②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据表中的数据判断改变的条件可能是________(填选项字母)。

A．通入一定量的NO       B．加入一定量的活*炭

C．加入合适的催化剂         D．适当缩小容器的体积

(3)研究表明：反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)平衡常数随温度的变化如表所示：

若反应在500 ℃时进行，设起始的CO和H2O的浓度均为0.020 mol·L－1，在该条件下CO的平衡转化率为________。

(4)用CO做燃料电池电解CuSO4溶液、FeCl3和FeCl2混合液的示意图如图1所示，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极，工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。

图1

图2

①乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为________。

②*装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2所示，则图中③线表示的是________(填离子符号)的变化；反应结束后，要使*装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要________mL 5.0 mol·L－1NaOH溶液。

【回答】

解析　(1)已知①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH=＋131.3 kJ·mol－1

②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH=＋41.3 kJ·mol－1

根据盖斯定律，将①－②可得：C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH=＋90 kJ·mol－1，反应的焓变ΔH＞0，ΔS＞0，根据反应自发进行的判据ΔH－TΔS＜0，所以需要高温下发生。

(2)①10～20 min内，N2的平均反应速率v(N2)=mol·(L·min)－1=0.009 mol·(L·min)－1。

②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，图表数据分析可知一氧化氮，氮气，二氧化碳浓度都增大；A.通入一定量的NO，反应正向进行，达到平衡后一氧化氮、氮气、二氧化碳浓度增大，故符合；B.加入一定量的活*炭是固体，对平衡无影响，故不符合；C.加入合适的催化剂，只能改变化学反应速率，不能改变平衡，浓度不变，故不符合；D.适当缩小容器的体积，反应前后是气体体积不变的反应，平衡不动，但物质浓度增大，符合要求，故符合；

(3)设CO的浓度变化量为c，三段式法用c表示出平衡时各组分浓度，

　　　　　CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)，

起始(mol·L－1):    0.02   0.020     0      0

转化(mol·L－1):    c      c        c      c

平衡(mol·L－1):  0.02－c  0.02－c   c      c

代入500 ℃时反应平衡常数K===9解得c=0.015，CO的最大转化率为×100%=75%。

(4)①工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为*极，溶液中铜离子析出，*离子得到电子生成*气，设生成气体物质的量为x，溶液中铜离子物质的量为0.1 mol，电极反应为

Cu2＋ ＋ 2e－===Cu，

0.1 mol  0.2 mol

2H＋＋2e－===H2↑，

2x          x

A电极为阳极，溶液中的*氧根离子失电子生成氧气，电极反应为：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，

4x                  x

得到0.2＋2x=4x，x=0.1 mol

乙中A极析出的气体是氧气物质的量为0.1 mol，在标准状况下的体积为2.24 L，②根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化，可知，铜离子增多，铁离子物质的量减小，亚铁离子增加，①为Fe3＋，②为Fe2＋，③为Cu2＋，依据(2)计算得到电子转移应为0.4 mol，对比图像，可知此时溶液中为Fe2＋ 0.5 mol和Cu2＋0.2 mol，需要加入NaOH溶液1.4 mol，体积为280 mL。

*　(1)C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH=＋90.0 kJ·mol－1　高温

(2)①0.009 mol·(L·min)－1　②AD　(3)75%

(4)①2.24 L　②Cu2＋　280

知识点：化学反应速率 化学平衡

题型：综合题