Question

【題目】在T℃時,發生反應C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)。

（1）T℃時,在一個2L的密閉容器中加入4molC和1molH2O(g),5min后反應達到平衡,C的轉化率為20%。

①0～5min內,用H2O(g)表示的平均反應速率為____________。

②該反應達到平衡的標志是______。

a.氣體的平均相對分子質量不變

b.氣體的密度不變

c.H2O(g)、CO(g)、H2(g)的物質的量之比為1：1:1

d.氣體的總物質的量不變

（2）T℃時,在下列密閉容器中加入相應的物質進行實驗,中間的隔板可以自由滑動。

①若左室中氣體的平均相對分子質量一直保持不變，則反應開始前H2O(g)、H2(g)的物質的量之比是__________。

②反應在達到平衡時,中間的隔板所處的位置是________。

a.1～1.5之間 b.1.5處 c.1.5～2之間

（3）已知:I.破壞1mol共價鍵所需要的能量如下表：

共價鍵	石墨中的碳碳鍵	H-H	C≡O	H-O
能量/kJ	475.7	436	1072	463

Ⅱ.石墨層由六角形蜂巢結構的碳原子構成，如圖所示:

某同學構想:通過下列裝置實現C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)的反應。

①按該考生的構想,石墨電極發生的反應式為_______________。

②這個構想成立嗎?說明理由: _______________。

Answer 1

【答案】 0.08 mol/(L·min) abd 5:3 a C-2e－ +2OH－=CO↑+H2O 不成立。因為根據反應C(s)+H2O(g) CO(g) +H2(g)，物質的斷鍵和成鍵的能量變化是：1.5×475.7 kJ +2×463 kJ -1072 kJ - 436 kJ=+131.5 kJ>0，說明是吸熱反應，不能將化學能轉化為電能

【解析】試題分析：本題考查化學反應速率的計算，化學平衡的標志，化學平衡的計算和極限法，電極反應式的書寫，反應熱的計算。

（1）①C的轉化率為20%，轉化C的物質的量為4mol20%=0.8mol，則轉化H2O（g）的物質的量為0.8mol，υ[H2O（g）]=0.8mol2L5min=0.08mol/(L·min)。

② a項，反應生成的CO和H2的物質的量之比為1:1，反應生成的CO和H2的平均相對分子質量為15（281/2+21/2=15），建立平衡的過程中氣體的平均相對分子質量減小，平衡時氣體的平均相對分子質量不變，氣體的平均相對分子質量不變表明反應達到平衡狀態；b項，建立平衡過程中氣體的質量增大，容器體積不變，氣體的密度增大，平衡時氣體的質量不變，氣體的密度不變，氣體的密度不變表明反應達到平衡狀態；c項，平衡時各物質的濃度不再變化，不一定等于化學計量數之比，H2O（g）、CO（g）、H2（g）的物質的量之比為1:1:1不能說明反應一定達到平衡狀態；d項，該反應的正反應為氣體分子數增大的反應，建立平衡過程中氣體物質的量增大，平衡時氣體物質的量不變，氣體的總物質的量不變說明反應達到平衡狀態；能說明反應達到平衡的標志是abd。

（2）①設反應開始前H2O（g）、H2（g）物質的量依次為xmol、ymol，轉化H2O（g）物質的量為amol，用三段式

C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g）

n（起始）（mol） x 0 y

n（轉化）（mol） a a a

n（某時刻）（mol） x-a a y+a

左室中氣體的平均相對分子質量一直保持不變， =，解得x：y=5：3，反應開始前H2O（g）、H2（g）物質的量之比為5:3。

②設反應開始前H2O（g）、H2（g）物質的量依次為xmol、ymol，起始到平衡轉化H2O（g）物質的量為bmol，用三段式

C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g）

n（起始）（mol） x 0 y

n（轉化）（mol） b b b

n（平衡）（mol） x-b b y+b

根據同溫同壓下氣體體積之比等于氣體物質的量之比，反應前（x+y）：n（N2）=1:2，x的最大值為n（N2）/2；反應達到平衡時，左室氣體物質的量為x+y+b，由于是可逆反應則0bx，左室反應達平衡時氣體物質的量x+yx+y+bx+y+x，左室氣體物質的量n（N2）/2x+y+b n（N2），右室N2物質的量不變，根據同溫同壓下氣體體積之比等于氣體物質的量之比，左室達平衡時隔板所處位置在1~1.5之間，答案選a。

（3）①反應中C元素的化合價由0價升至CO中的+2價，石墨電極發生失電子的氧化反應，電極反應式為C（s）-2e-+2OH-=CO↑+H2O。

②根據石墨的結構，1mol石墨中含碳碳鍵1.5mol，反應C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)的ΔH=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和=1.5E（碳碳鍵）+2E（H-O）-E（CO）-E（H-H）=1.5475.7kJ/mol+2463kJ/mol-1072kJ/mol-436kJ/mol=+131.55kJ/mol，該反應為吸熱反應，不能通過原電池將化學能轉化成電能，構想不成立。