Question

【題目】合成氣的主要成分是 一氧化碳和氫氣，是重要的化工原料。

I.已知下列反應：

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）工業制取炭黑的方法之一是將甲烷隔絕空氣加熱到1300℃進行裂解。填寫空白。

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

（2）若800℃時，反應①的平衡常數K1=1.0，某時刻測得該溫度下，密閉容器中各物質的物質的量濃度分別為：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，則此時該可逆反應的狀態是_____________________(填“達到平衡”、“向正反應方向移動”或“向逆反應方向移動”)。

Ⅱ．甲醇是一種可再生能源，工業上用合成氣來合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，分析該反應并回答下列問題：

（3）一定條件下，將CO與H2以物質的量之比1:1置于恒容密閉容器中發生以上反應，能說明該反應已達到平衡的是_____________________________。

A．體系的壓強不發生變化 B．混合氣的密度保持不變

C．體系中碳元素的質量分數不變 D．CO與H2的物質的量之比保持不變

（4）如圖是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線。T1和T2溫度下的平衡常數大小關系是K1______K2 （填“>”、“<”或“=”）。理由是__________________________________________________。

（5）已知甲醇燃料電池的工作原理如圖所示。該電池工作時，電池左邊的電極發生的電極反應式為______________________________。

（6）用甲醇燃料電池作為直流電源，設計如圖裝置制取Cu2O，電解總反應為：2Cu＋H2O＝Cu2O＋H2↑。寫出銅電極的電極反應式_______________________。

Answer 1

【答案】 +75 向正反應方向移動 AD > 由圖可知溫度由T1升高至T2時，CO的轉化率降低，說明平衡向逆反應方向移動，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

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

（2）此時濃度熵為＜1，所以向正反應方向移動；（3）A．正反應體積減小，則體系的壓強不發生變化可以說明達到平衡狀態，A正確；B．混合氣的質量和容器容積始終不變，則密度始終不變，不能說明，B錯誤；C．根據質量守恒定律可知體系中碳元素的質量分數始終不變，不能說明，C錯誤；D．由于CO與H2的物質的量之比不是按照化學計量數之比通入的，則CO與H2的物質的量之比保持不變時，可以說明反應達到平衡狀態，D正確，答案選AD；（4）首先達到平衡時溫度高，由圖可知溫度由T1升高至T2時，CO的轉化率降低，說明平衡向逆反應方向移動，所以K1＞K2。（5）氫離子向右側移動，則右側是正極，左側是負極，甲醇失去電子，電極反應式為CH3OH-6e－+H2O＝CO2+6H+；（6）銅元素化合價升高，失去電子，銅電極是陽極，溶液顯堿性，則陽極電極反應式為2Cu＋2OH－-2e－＝Cu2O＋H2O。