Question

【題目】氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料。以生物材質 (以C 計）與水蒸氣反應制取H2是種低耗能，高效率的制H2方法。該方法由氣化爐制造H2和燃燒爐再生CaO兩步構成。氣化爐中涉及到的反應為：

I C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) K1；

II CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K2；

III CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s) K3；

燃燒爐中涉及到的反應為：

IV C(s)+O2(g)=CO2

V CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)

（1）該工藝制H2總反應可表示為C(s)+2H2O(g)+CaO(s) CaCO3(s)+2H2(g)，其反應的平衡常數K=__________（用K1、K2、K3的代數式表示）。在2L的密閉容器中加入一定量的C(s)、H2O(g)和CaO(s)。下列能說明反應達到平衡的是_______________________。

A.容器內壓強不再變化 B. H2與H2O(g)的物質的量之比不再變化

C.混合氣體的密度不再變化 D.形成a molH-H鍵的同時斷裂2amolH-O鍵

（2）對于反應I，不同溫度和壓強對H2產率影響如下表。

溫度	壓強p1/Mpa	壓強p2/Mpa
500℃	45.6%	51.3%
700℃	67.8%	71.6%

下列圖像正確的是__________________。

（3）已知反應Ⅱ的ΔH=-41.1kJ/mol，C=O、O-H、H-H的鍵能分別為 803 kJ/mol，464 kJ/mol、436 kJ/mol，則CO中碳氧鍵的鍵能為___________ kJ/mol。

（4）對于反應Ⅲ，若平衡時再充入CO2，使其濃度增大到原來的2倍，則平衡移動方向為___________；當重新平衡后，CO2濃度___________（填“變大”“ 變小”“ 不變”）。

（5）甲醇燃料電池是采用鉑作電極催化劑，其工作原理的示意圖如下：

請回答下列問題：

①Pt(a)電極是電池的_______極，電極反應式為______________________；

②常溫下，用此電池以惰性電極電解0.5L飽和食鹽水（足量），若兩極共生成氣體1.12L（已折算為標準狀況下的體積），則電解后溶液的pH=_________（忽略溶液的體積變化）。

Answer 1

【答案】 K1·K2·K3 BC BD 1072.9 正向移動或向右移動 不變 負 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 13

【解析】（1）已知：① C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) K1；

② CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K2；

③ CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s) K3；

根據蓋斯定律可知①+②+③即得到制H2總反應C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)，所以該反應的平衡常數K＝K1·K2·K3。A.反應前后體積不變，容器內壓強不再變化不能說明反應達到平衡狀態，A錯誤；B. 由于只有兩種氣體，因此H2與H2O(g)的物質的量之比不再變化說明正逆反應速率相等，達到平衡狀態，B正確；C.密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中容積始終是不變的，但氣體的質量是變化的，因此混合氣體的密度不再變化說明達到平衡狀態，C正確；D.形成a molH-H鍵的同時斷裂2amolH-O鍵均表示正反應速率，不能說明反應達到平衡狀態，D錯誤，答案選BC；（2）壓強相同時升高溫度氫氣的產率增加，說明正反應是吸熱反應；溫度相同時，增大壓強平衡向逆反應方向進行，氫氣產率降低，所以壓強是P1＞P2，則A、降低壓強時平衡向正反應方向進行，正反應速率大于逆反應速率，A錯誤；B、升高溫度平衡向正反應方向進行，氫氣產率增大，B正確；C、溫度相同時增大壓強平衡向逆反應方向進行，水蒸氣含量增大，C錯誤；D、升高溫度平衡向正反應方向進行，平衡常數增大，D正確，答案選BD；（3）反應熱等于斷鍵吸收的能量和形成化學鍵所放出的能量的差值，已知反應Ⅱ的ΔH=-41.1kJ/mol，則x+2×464-2×803-436＝-41.1，解得x＝1072.9，即CO中碳氧鍵的鍵能為1072.9kJ/mol。（4）對于反應Ⅲ，若平衡時再充入CO2，使其濃度增大到原來的2倍，則平衡向正反應方向移動；由于該反應的平衡常數K＝c(CO2)，溫度不變，平衡常數不變，所以當重新平衡后，CO2濃度不變。（5）①Pt(a)電極充入甲醇，產生CO2，所以是電池的負極，由于存在質子交換膜，則負極電極反應式為 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；②惰性電極電解飽和食鹽水兩電極分別產生氫氣和氯氣，且二者的物質的量相等，均是0.56L÷22.4L/mol＝0.025mol，所以生成氫氧化鈉是0.05mol，氫氧根的濃度是0.05mol÷0.5L＝0.1mol/L，則電解后溶液的pH＝13。