煤是一種重要的化工原料，人們將利用煤製取的水煤氣、焦炭、*醚等廣泛用於工農業生產中。(1)已知：①C(s)＋H...

問題詳情：

煤是一種重要的化工原料，人們將利用煤製取的水煤氣、焦炭、*醚等廣泛用於工農業生產中。

(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

則炭與水蒸氣反應生成二氧化碳和*氣的熱化學方程式為_______________。

該反應在________(填“高温”“低温”或“任何温度”)下有利於正向自發進行。

(2)有人利用炭還原法處理氮氧化物，發生反應C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)。某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活*炭和NO，在T1 ℃時，不同時間測得各物質的濃度如表所示：

①10～20 min內，N2的平均反應速率v(N2)=________。

②30 min後，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據表中的數據判斷改變的條件可能是________(填選項字母)。

A．通入一定量的NO       B．加入一定量的活*炭

C．加入合適的催化劑         D．適當縮小容器的體積

(3)研究表明：反應CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)平衡常數隨温度的變化如表所示：

若反應在500 ℃時進行，設起始的CO和H2O的濃度均為0.020 mol·L－1，在該條件下CO的平衡轉化率為________。

(4)用CO做燃料電池電解CuSO4溶液、FeCl3和FeCl2混合液的示意圖如圖1所示，其中A、B、D均為石墨電極，C為銅電極，工作一段時間後，斷開K，此時A、B兩極上產生的氣體體積相同。

圖1

圖2

①乙中A極析出的氣體在標準狀況下的體積為________。

②*裝置溶液中金屬陽離子的物質的量與轉移電子的物質的量變化關係如圖2所示，則圖中③線表示的是________(填離子符號)的變化；反應結束後，要使*裝置中金屬陽離子恰好完全沉澱，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

根據蓋斯定律，將①－②可得：C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH=＋90 kJ·mol－1，反應的焓變ΔH＞0，ΔS＞0，根據反應自發進行的判據ΔH－TΔS＜0，所以需要高温下發生。

(2)①10～20 min內，N2的平均反應速率v(N2)=mol·(L·min)－1=0.009 mol·(L·min)－1。

②30 min後，只改變某一條件，反應重新達到平衡，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大；A.通入一定量的NO，反應正向進行，達到平衡後一氧化氮、氮氣、二氧化碳濃度增大，故符合；B.加入一定量的活*炭是固體，對平衡無影響，故不符合；C.加入合適的催化劑，只能改變化學反應速率，不能改變平衡，濃度不變，故不符合；D.適當縮小容器的體積，反應前後是氣體體積不變的反應，平衡不動，但物質濃度增大，符合要求，故符合；

(3)設CO的濃度變化量為c，三段式法用c表示出平衡時各組分濃度，

　　　　　CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)，

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

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

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

代入500 ℃時反應平衡常數K===9解得c=0.015，CO的最大轉化率為×100%=75%。

(4)①工作一段時間後，斷開K，此時A、B兩極上產生的氣體體積相同，分析電極反應，B為*極，溶液中銅離子析出，*離子得到電子生成*氣，設生成氣體物質的量為x，溶液中銅離子物質的量為0.1 mol，電極反應為

Cu2＋ ＋ 2e－===Cu，

0.1 mol  0.2 mol

2H＋＋2e－===H2↑，

2x          x

A電極為陽極，溶液中的*氧根離子失電子生成氧氣，電極反應為：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，

4x                  x

得到0.2＋2x=4x，x=0.1 mol

乙中A極析出的氣體是氧氣物質的量為0.1 mol，在標準狀況下的體積為2.24 L，②根據轉移電子的物質的量和金屬陽離子的物質的量的變化，可知，銅離子增多，鐵離子物質的量減小，亞鐵離子增加，①為Fe3＋，②為Fe2＋，③為Cu2＋，依據(2)計算得到電子轉移應為0.4 mol，對比圖像，可知此時溶液中為Fe2＋ 0.5 mol和Cu2＋0.2 mol，需要加入NaOH溶液1.4 mol，體積為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

知識點：化學反應速率 化學平衡

題型：綜合題