Question

（19分）碳及其化合物有廣泛的用途。
（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產生水煤氣。反應為：
C(s)＋ H₂O(g)  CO(g) ＋H₂(g) ΔH=" +131.3" kJ?mol^-1，以上反應達到平衡后，在體積不變的條件下，以下措施加快反應速率且有利于提高H₂O的平衡轉化率的是         。(填序號)

A．升高溫度

B．增加碳的用量

C．加入催化劑

D．用CO吸收劑除去CO E.增大壓強

（2）又知，C（s）+ CO₂（g） 2CO（g） △H=+172.5kJ?mol^-1
寫出C（s）與H₂O（g）反應生成CO₂（g）和H₂（g）的熱化學方程式                            。  
（3）甲醇是一種燃料，可利用甲醇設計一個燃料電池，用KOH溶液作電解質溶液，多孔石墨做電極，該電池負極反應式為：                         。
若用該電池提供的電能電解600mLNaCl溶液，設有0.01molCH₃OH完全放電，NaCl足量，且電解產生的Cl₂全部溢出，電解前后忽略溶液體積的變化，則電解結束后所得溶液的pH=                
（4）將一定量的CO(g)和H₂O(g)分別通入到體積為2.0L的恒容密閉容器中，發生以下反應：
CO(g)＋H₂O(g)  CO₂(g)＋H₂(g)，得到如下數據：

溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所x需時間/min
	H2O	CO	H2	CO
900	1.0	2.0	0.4	1.6	3.0

通過計算求出該反應的平衡常數(結果保留兩位有效數字)　　　　　　　　　　。
改變反應的某一條件，反應進行到tmin時，測得混合氣體中CO₂的物質的量為0.6 mol。若用200 mL 4.5 mol/L的NaOH溶液將其完全吸收，反應的離子方程式為（用一個離子方程式表示）　　　　　。
（5）工業生產是把水煤氣中的混合氣體經過處理后獲得的較純H₂用于合成氨。合成氨反應原理為：N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)  ΔH＝-92.4kJ?mol^-1。實驗室模擬化工生產，分別在不同實驗條件下反應，N₂濃度隨時間變化如下圖。
不同實驗條件下反應，N₂濃度隨時間變化如下圖1。
    
圖1                             圖2
請回答下列問題：
①與實驗Ⅰ比較，實驗Ⅱ改變的條件為                 。
②實驗Ⅲ比實驗Ⅰ的溫度要高，其它條件相同，請在上圖2中畫出實驗Ⅰ和實驗Ⅲ中NH₃濃度隨時間變化的示意圖。

Answer 1

（1）A （2分）  
（2）C(s)+2H₂O(g)CO₂(g)+2H₂(g) ?H="90.1" kJ?mol^-1（3分）
（3）CH₃OH(g) +8OH?-6e^-=CO₃²? +6H₂O （3分）  13（2分）
（4）K= ==0.17  （3分）
2CO₂ +3OH^- ===CO₃^2- + HCO₃^- + H₂O （3分）
（5）①使用催化劑（1分）。
②   （2分，縱坐標起點可以大于0。Ⅲ比Ⅰ快1分，比Ⅰ少1分）

試題分析：（1）A、升高溫度，化學反應速率加快，正反應為吸熱反應，平衡向正反應方向移動，提高H₂O的平衡轉化率，正確；B、碳為固體，增加碳的量，反應速率和平衡都不變，錯誤；C、加入催化劑，平衡不移動，錯誤；D、用CO吸收劑除去CO可提高H₂O的平衡轉化率，但反應速率減小，錯誤；E、增大壓強，平衡向逆反應方向移動，H₂O的平衡轉化率減小，錯誤。
（2）首先寫出C（s）與H₂O（g）反應生成CO₂（g）和H₂（g）的化學方程式并注明狀態，C(s)+2H₂O(g)CO₂(g)+2H₂(g)，然后根據蓋斯定律求焓變，?H=2?H₁—?H₂="2×131.3" kJ?mol^-1—172.5kJ?mol^-1="90.1" kJ?mol^-1，可得熱化學方程式。
（3）甲醇在電池負極上失去電子，KOH溶液作電解質溶液，生成CO₃²?和H₂O，配平可得電解方程式：CH₃OH(g) +8OH?-6e^-=CO₃²? +6H₂O；電池和電解池通過的電量相等，根據電極方程式和電子轉移可得：CH₃OH ~ 6e? ~ 6OH?，則n（OH?）=6n（CH₃OH）=0.06mol，則c（OH?）=0.06mol÷0.6L=0.1mol?L?¹，可得pH=13。
（4）根據三段式進行計算：
H₂O (g) + CO(g)  H₂(g) + CO₂(g)
起始濃度（mol?L?¹）    0.5      1          0      0
轉化濃度（mol?L?¹）    0.2     0.2         0.2     0.2
平衡濃度（mol?L?¹）    0.3     0.8         0.2     0.2
K= ==0.17
若CO₂與NaOH的物質的量之比為1:1，生成NaHCO₃，若CO₂與NaOH的物質的量之比為1:2，生成Na₂CO₃，題目所給CO₂物質的量為0.6mol，NaOH的物質的量為：0.2L×4.5mol?L?¹=0.9mol，二者物質的量之比為2:3，生成CO₃²?和HCO₃?，配平可得離子方程式：2CO₂ +3OH^- ===CO₃^2- + HCO₃^- + H₂O
（5）根據圖像可知實驗Ⅱ反應速率加快，但化學平衡沒有移動，所以實驗Ⅱ改變的條件為使用了催化劑；實驗Ⅲ比實驗Ⅰ的溫度要高，反應速率加快，因為該反應為放熱反應，所以升溫平衡向逆反應方向移動，平衡時NH₃的平衡濃度減小，可畫出圖像。