Question

（16分）

通過煤的氣化和液化，使碳及其化合物得以廣泛應(yīng)用。

I．工業(yè)上先用煤轉(zhuǎn)化為CO，再利用CO和水蒸氣反應(yīng)制H2時(shí)，存在以下平衡：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

（1）向1L恒容密閉容器中充人CO和H2O(g)，800℃時(shí)測得部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表。

t/min	0	1	2	3	4
n(H2O)/mol	0.600	0.520	0.450	0.350	0.350
n(CO)/mol	0.400	0.320	0.250	0.150	0.150

則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K= 。

（2）相同條件下，向2L恒容密閉容器中充入1molCO、1mol H2O(g)、2molCO2、2mo1 H2，

此時(shí)υ(正) υ(逆) (填“>” “=” 或 “<”)。

II．已知CO(g)、H2(g)、CH3OH（l）的燃燒熱分別為283 kJ·mol-1、286 kJ·mol-1、726 kJ·mol-1'。

（3）利用CO、H2合成液態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程式為 。

（4）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，分析增加壓強(qiáng)對制備甲醇反應(yīng)的影響 。

III。為擺脫對石油的過度依賴，科研人員將煤液化制備汽油，并設(shè)計(jì)了汽油燃料電池，電池工作原理如圖所示：

一個(gè)電極通入氧氣，另一電極通入汽油蒸氣，電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2—。

（5）以辛烷（C8H18）代表汽油，寫出該電池工作時(shí)的負(fù)極反應(yīng)方程式 。

（6）已知一個(gè)電子的電量是1.602×10—19C，用該電池電解飽和食鹽水，當(dāng)電路中通過1.929×105C的電量時(shí)，生成NaOH g。

Ⅳ．煤燃燒產(chǎn)生的CO2是造成溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w之一。

（7）將CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物可有效地實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)。如：

a．6CO2+6H2OC6H12O6+6O2

b．2CO2 + 6H2C2H5OH +3H2O

c．CO2 + CH4 CH3COOH

d．2CO2 + 6H2CH2=CH2 + 4H2O

以上反應(yīng)中，最節(jié)能的是 ，反應(yīng)c中理論上原子利用率為 。

Answer 1

（16分,每空2分）

（1）1.2（或25/21） （2分） （2）＜ （2分）

（3）CO(g) + 2H2(g) ＝CH3OH(l) △H = —129 kJ·mol-1 （2分）

（4）增加壓強(qiáng)使反應(yīng)速率加快，同時(shí)平衡右移，CH3OH產(chǎn)率增大。 （2分）

（5）C8H18－50e－+25O2—＝8CO2 + 9H2O（或2C8H18－100e－+50O2—＝16CO2 + 18H2O）（2分）

（6）80 （2分）

（7）a (2分) 100% （2分）

【解析】

試題分析：（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= c(CO2)·c(H2)/ c(CO)·c(H2O)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，平衡時(shí)，c(CO)=0.15mol/L，c(H2O)=0.35mol/L，則c(CO2)=c(H2)=0.40-0.15=0.25mol/L，所以該溫度下的平衡常數(shù)為K= c(CO2)·c(H2)/ c(CO)·c(H2O)=25/21；

（2）相同條件下，向2L恒容密閉容器中充入1molCO、1mol H2O(g)、2molCO2、2mo1 H2，此時(shí)Qc= c(CO2)·c(H2)/ c(CO)·c(H2O)=1×1/0.5×0.5=4>25/21，反應(yīng)逆向進(jìn)行，則υ(正)< υ(逆)；

（3）CO與氫氣反應(yīng)生成甲醇的化學(xué)方程式為CO+2H2=CH3OH，根據(jù)所給物質(zhì)的燃燒熱，則該反應(yīng)的熱效應(yīng)是CO的燃燒熱+H2燃燒熱的2倍-甲醇燃燒熱=283 kJ·mol-1+2×286 kJ·mol-1-726 kJ·mol-1=129kJ/mol，所以CO、H2合成液態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程式為CO(g) + 2H2(g) ＝CH3OH(l) △H = —129 kJ·mol-1；

（4）壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率增大，同時(shí)反應(yīng)速率加快；

（5）根據(jù)電池的裝置圖，則負(fù)極是辛烷發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合正極產(chǎn)生的O2-，生成二氧化碳和水，所以電極反應(yīng)式為C8H18－50e－+25O2—＝8CO2 + 9H2O；

（6）當(dāng)電路中通過1.929×105C的電量時(shí)，電子的物質(zhì)的量是1.929×105C/1.602×10—19C/NA=2mol，電解食鹽水的化學(xué)方程式是2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，每轉(zhuǎn)移2mol電子生成2molNaOH，所以生成NaOH的質(zhì)量是2mol×40g/mol=80g；

（7）從CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物的反應(yīng)物與反應(yīng)條件上判斷，a是最節(jié)能的，因?yàn)榉磻?yīng)不需加熱和催化劑，且另一種反應(yīng)物是水，與甲烷、氫氣相比，比較廉價(jià)，所以a最節(jié)能；c中的二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，所以原子利用率是100%。

考點(diǎn)：考查平衡常數(shù)的計(jì)算、平衡判斷，蓋斯定律的應(yīng)用，電化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用，化學(xué)方程式的計(jì)算