Question

8．工業常用燃料與水蒸氣反應制各H₂和CO，再用H₂和CO合成甲醇．
（1）制取H₂和CO通常采用：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.4kJ•mol^-1，下列判斷正確的是ad．
A．該反應的反應物總能量小于生成物總能量
B．標準狀況下，上述反應生成IL H₂氣體時吸收131.4kJ的熱量
C．若CO（g）+H₂（g）?C（s）+H₂O（l）△H=-QkJ•mol^-1，則Q＜131.4
D．若C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁；CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂ 則：△H₁+△H₂=+131.4kJ•mol^-1
（2）甲烷與水蒸氣反應也可以生成H₂和CO．該反應為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
己知在某溫度下2L的密閉絕熱容器中充入2.00mol甲烷和1.00mol水蒸氣，測得的數據如下表：

	不同時間各物質的物質的量/mol
	0min	2min	4min	6min
CH4	2.00	1.76	1.60	n2
H2	0.00	0.72	n1	1.20

根據表中數據計算：
①0min～2min內H₂的平均反應速率為0.18mol•L^-1•min^-1．
②達平衡時，CH₄的轉化率為20%．在上述平衡體系中再充入2.00mol甲烷和1.00mol水蒸氣，達到新平衡時H₂的體積分數與原平衡相比變小（填“變大”、“變小”或“不變”），可判斷該反應達到新平衡狀態的標志有ad（填字母）
A．CO的含量保持不變                B．容器中c（CH₄）與c（CO）相等
C．容器中混合氣體的密度保持不變     D．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂）
（ 3 ）合成甲醇工廠的酸性廢水中含有甲醇（CH₃OH），常用向廢液中加入硫酸鈷，再用微生物電池電解，電解時Co²⁺被氧化成Co³⁺，Co³⁺把水中的甲醇氧化成CO₂，達到除去甲醇的目的．工作原理如圖（c為隔膜，甲醇不能通過，其它離子和水可以自由通過）．

①a電極的名稱為陽極．
②寫出除去甲醇的離子方程式6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=6Co²⁺+CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）a、反應是吸熱反應，依據能量守恒分析判斷，生成物能量總和大于反應物能量總和；
b、標準狀況下，上述反應生成1mol H₂氣體時吸收131.4 kJ的熱量；
c、若CO（g）+H₂（g）?C（s）+H₂O（1）△H=-QkJ•mol-¹，則Q=131.4；
d、根據蓋斯定律，若C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁；CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂ 則：△H₁+△H₂=+131.4kJ•mol-¹；
（2）①根據反應速率=$\frac{△c}{△t}$計算；
②4min時，參加反應的甲烷為2mol-1.6mol=0.4mol，生成氫氣為0.4mol×3=1.2mol，達到平衡，根據轉化率=$\frac{已轉化的量}{起始的量}$×100%計算；在上述平衡體系中再充入2.00mol甲烷和1.00mol 水蒸氣，壓強增大，平衡向逆反應方向移動，達到新平衡時H₂的體積分數與原平衡相比變��；
a．CO的含量保持不變，反應達到平衡；
b．容器中c（CH₄）與c（CO）相等，不一定平衡；
c．容器中混合氣體的密度一直不變，不是平衡狀態的標志；
d．3ν_正（CH₄）=ν_逆（H₂），反應達到平衡；
（3）①電極a，Co²⁺被氧化成Co³⁺，發生氧化反應，為電解池的陽極；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co³⁺被還原生成Co²⁺，溶液呈酸性，則生成物中含有氫離子，據此書寫離子方程式．

解答 解：（1）a、反應是吸熱反應，依據能量守恒分析判斷，生成物能量總和大于反應物能量總和，故a正確；
b、標準狀況下，上述反應生成1mol H₂氣體時吸收131.4 kJ的熱量，故b錯誤；
c、若CO（g）+H₂（g）?C（s）+H₂O（1）△H=-QkJ•mol-¹，則Q=131.4，故c錯誤；
d、根據蓋斯定律，若C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁；CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂ 則：△H₁+△H₂=+131.4kJ•mol-¹，故d正確；
故答案為：ad；
（2）①0min～2min 內H₂的平均反應速率為$\frac{0.72mol}{2L×2min}$=0.18mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.18mol•L^-1•min^-1；
 ②4min時，參加反應的甲烷為2mol-1.6mol=0.4mol，生成氫氣為0.4mol×3=1.2mol，達到平衡，此時甲烷的轉化率為$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%；在上述平衡體系中再充入2.00mol甲烷和1.00mol 水蒸氣，壓強增大，平衡向逆反應方向移動，達到新平衡時H₂的體積分數與原平衡相比變��；
a．CO的含量保持不變，反應達到平衡；
b．容器中c（CH₄）與c（CO）相等，不一定平衡；
c．容器中混合氣體的密度一直不變，不是平衡狀態的標志；
d．3ν_正（CH₄）=ν_逆（H₂），反應達到平衡；
故答案為：20%；變小；ad；
（3）①電極a，Co²⁺被氧化成Co³⁺，發生氧化反應，為電解池的陽極，
故答案為：陽極；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co³⁺被還原生成Co²⁺，溶液呈酸性，則生成物中含有氫離子，所以該反應離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，
故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=6Co²⁺+CO₂+6H⁺．

點評 本題考查了化學反應焓變和能量變化特征分析，注意焓變表達的意義和可能反應不能進行徹底的分析判斷，題目較簡單．