Question

【題目】煤的綜合利用是一個減少污染、提高燃料利用率的重要課題，其常用的方法包括煤的氣化、液化以及轉(zhuǎn)化為有機產(chǎn)品等。請回答下列問題：

（1）已知：I.C(s)、CO(g)、H2(g)的燃燒熱依次為△H1=-393.5kJ·mol-1、△H2=-283.0kJ·mol-1、△H3=-285.8kJ·mol-1

II.H2O(l)=H2O(g)△H4=＋44.0kJ·mol-1

則煤氣化主要反應(yīng)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的△H=___。

（2）現(xiàn)在一恒溫的剛性容器中加入足量煤，并通入1mol水蒸氣，發(fā)生反應(yīng)C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)，則下列指標能夠說明已到達平衡狀態(tài)的有___ (填標號)。

①氣體的密度保持不變；②斷裂2molH-O鍵的同時生成1molH-H鍵；③CO的體積分數(shù)保持不變；④氣體的平均摩爾質(zhì)量不變；⑤CO與H2的比例保持不變；⑥容器的壓強保持不變。

（3）氣化后，將水煤氣CO與H2化合CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)可得到甲醇，最終實現(xiàn)煤的間接液化。已知在T℃時，其正反應(yīng)速率為v正=k正·(CO)·c2(H2)，逆反應(yīng)速率為v逆=k逆·c(CH3OH)，其中k為速率常數(shù)，其數(shù)值k正=97.5，k逆=39.0，則該溫度下的平衡常數(shù)K=___；若在T℃下，向一體積為2L的剛性密閉體系中通入3molCO、2molH2和5molCH3OH，則此時證v正___v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。

（4）關(guān)于CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，下列說法正確的是___(填字母)。

A.加壓有利于速率加快和平衡向正反應(yīng)方向移動

B.甲醇的平衡體積分數(shù)隨著CO與H2投料比的增大而增大

C.使用催化性能好的催化劑，可提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率

D.在恒溫恒容條件下達到平衡后，通入Ar，平衡向逆反應(yīng)方向移動

E.已知E[CO(g)＋2H2(g)]>E[CH3OH(g)](E表示物質(zhì)的能量)，則降溫有利于提高正反應(yīng)進行的程度

（5）在一特殊的恒容容器中，充入一定量的CO(g)與H2(g)來模擬CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，測得v正隨時間的變化曲線如圖所示，則t之前v正逐漸增大的原因為___；t之后v正又逐漸減小的原因為___。

（6）煤經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化還可得到草酸。常溫下，向某濃度的草酸溶液中加入一定量某濃度的NaOH溶液，所得溶液中c(HC2O4-)=c(C2O42-)，則此時溶液的pH=___(已知常溫下H2C2O4的Ka1=6×10-2，Ka2=6×10-5，lg6=0.8)。

Answer 1

【答案】+131.3 kJ·mol-1 ①③④⑥ 2.5 大于 AE 容器為絕熱體系，反應(yīng)正向進行時放出熱量，其影響大于濃度減小的影響，整體反應(yīng)速率逐漸增大 隨著反應(yīng)進行，濃度減小的影響大于反應(yīng)放熱的影響，整體反應(yīng)速率逐漸減小 4.2

【解析】

(1)根據(jù)C(s)、CO(g)、H2(g)的燃燒熱可得：

①C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393.5 kJ/mol；
②CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H2=-283.0 kJ/mol；
③H2(g)+O2(g)=H2O(g)△H3=-285.8kJ/mol；

又有④H2O(l)=H2O(g)△H4=＋44.0kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律，①-②-③-④得C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的△H=△H1-△H2-△H3- H4=+131.3 kJ·mol-1；

(2)①反應(yīng)物中有固體，平衡正向移動時氣體的質(zhì)量會變大，容器體積不變，所以氣體的密度會發(fā)生改變，所以當密度不變時可以說明反應(yīng)達到平衡，故正確；

②無論反應(yīng)是否平衡，斷裂2molH-O鍵即有1molH2O參與反應(yīng)時，一定生成1mol氫氣，即生成1molH-H鍵，故錯誤；

③平衡移動時CO的體積分數(shù)會發(fā)生改變，所以當CO的體積分數(shù)不變時說明反應(yīng)已達到平衡，故正確；

④可用極性法考慮，反應(yīng)未進行時，氣體平均摩爾質(zhì)量為水蒸氣的相對分子質(zhì)量，若完全進行則為CO和H2的平均相對分子質(zhì)量，即反應(yīng)進行過程中氣體的平均摩爾質(zhì)量會發(fā)生改變，當其不變時說明反應(yīng)達到平衡，故正確；

⑤初始投料為足量煤和1mol水蒸氣，則任意時刻CO與H2的比例均為1：1，故錯誤；

⑥反應(yīng)容器容積不變，反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不同，所以未達平衡時容器內(nèi)壓強會發(fā)生變化，當壓強不變時說明反應(yīng)達到平衡，故正確；

綜上所述選：①③④⑥；

(3)反應(yīng)達到平衡時v正=v逆，即k正·c(CO)·c2(H2)=
k逆·c(CH3OH)，反應(yīng)平衡常數(shù)K=，所以K==2.5；向體積為2L的剛性密閉體系中通入3molCO、2molH2和5molCH3OH，此時容器內(nèi)c(CH3OH)=2.5mol/L，c(CO)=1.5mol/L，c(H2)=1mol/L，則Qc=，所以此時平衡正向移動，即v正>v逆；

(4)A．反應(yīng)特點為前后氣體系數(shù)不等，且前面氣體系數(shù)大于后面，加壓有利于速率加快和平衡向正反應(yīng)方向移動，A項正確；

B．甲醇的平衡體積分數(shù)隨著CO與H2投料比的增大先增大后減小，在CO與H2投料比為

1: 2時取得最大值，B項錯誤；

C．使用催化劑可降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速率，但不影響平衡，不能改變H2的平衡轉(zhuǎn)化率，C項錯誤；

D．在恒溫恒容條件下達到平衡后，通入Ar，反應(yīng)物生成物濃度都不變，平衡不移動，D項錯誤；

E．已知E[CO(g)＋2H2(g)]>E[CH3OH(g)]，說明正反應(yīng)放熱，降溫有利于提高正反應(yīng)的程度，E項正確；

綜上所述選AE；

(5)容器為絕熱體系，反應(yīng)正向進行時放出熱量，其影響大于濃度減小的影響，整體反應(yīng)速率逐漸增大；隨著反應(yīng)進行，濃度減小的影響大于反應(yīng)放熱的影響，整體反應(yīng)速率逐漸減��；

(6)草酸第二步電離平衡常數(shù)Ka2==6×10-5，溶液中c(HC2O4-)=c(C2O42-)，則溶液中c(H+)=6×10-5mol/L，又已知lg6=0.8，所以-lg(6×10-5)=4.2，即pH=4.2。