Question

【題目】下圖為我國(guó)目前的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖：

（1）由圖中數(shù)據(jù)可知，一定時(shí)期內(nèi)，我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)仍以煤碳為主，但直接燃燒煤炭的弊端是_____________________________________________。

（2）將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣可有效降低煤對(duì)環(huán)境的破壞性，能量變化如圖所示：

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式_____________________________；

（3）直接燃燒水煤氣的能量利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于燃料電池，請(qǐng)寫出堿性水煤氣燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式________________________，______________________。

（4）甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料。工業(yè)上可利用H2、CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示：

化學(xué)反應(yīng)	平衡常數(shù)	溫度
		500	800
①2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)	K1	2.5	0.15
②H2(g)+CO2(g) H2O(g)+ CO(g)	K2	1.00	2.5
③3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)	K3

在體積一定的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，達(dá)到平衡后升高溫度，下列說法正確的是_______。

A.平衡正向移動(dòng) B.達(dá)到新的平衡后體系的壓強(qiáng)增大

C.H2的轉(zhuǎn)化率增大 D.體系的密度增大

（5）500℃時(shí)測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g) 的濃度(mol/L)分別為0.8、0.1、0.3、0.15,則此時(shí)v正_______ v逆(填“> ”、“= ”或“< ")。

（6）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，已知c(CO)隨反應(yīng)時(shí)間t變化曲線I如圖所示，若在t0時(shí)刻分別改變一個(gè)條件，曲線I變?yōu)榍�線II和曲線III。

當(dāng)曲線I變?yōu)榍�線II時(shí)，改變的條件可能是________。當(dāng)曲線I變?yōu)榍�線III時(shí)，改變的條件可能是________。

Answer 1

【答案】資源利用率低下；環(huán)境污染嚴(yán)重（合理即可）C(s)+H2O(g)==CO(g) + H2(g) △H = +131.5KJ/mol2CO-4e-+8OH-=2CO32-+4H2 O2H2-4e-+4OH-=4H2OA、B、C>加入催化劑將容器的體積（快速）壓縮至2L

【解析】

（1）煤燃燒會(huì)產(chǎn)生二氧化硫等對(duì)環(huán)境有危害的氣體，且利用低下；正確答案：資源利用率低下；環(huán)境污染嚴(yán)重（合理即可）。

（2）根據(jù)圖像可知，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g) △H = +131.5KJ/mol ；正確答案：C(s)+H2O(g)==CO(g) + H2(g) △H = +131.5KJ/mol。

（3）水煤氣的主要成分為CO和H2，作為原電池負(fù)極反應(yīng)的原料時(shí)，在堿性環(huán)境下發(fā)生氧化反應(yīng)，極反應(yīng)分別為：2CO-4e-+8OH-=2CO32-+4H2O，2H2-4e-+4OH-=4H2O；正確答案：2CO-4e-+8OH-=2CO32-+4H2O，2H2-4e-+4OH-=4H2O。

（4）分析圖表數(shù)據(jù)，反應(yīng)②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，所以正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；A.升高溫度，平衡右移，A正確；B. 容器的體積不變，壓強(qiáng)不變，氣體的總量不變，達(dá)到平衡后升高溫度，達(dá)到新的平衡后體系的壓強(qiáng)增大，B正確；反應(yīng)達(dá)到平衡后升高溫度，平衡右移，H2的轉(zhuǎn)化率增大，C正確；氣體的密度ρ=m(混)/V，反應(yīng)前后各物質(zhì)均為氣體，氣體總質(zhì)量不變，密閉容器的體積不變，因此體系的密度不變，D錯(cuò)誤；正確選項(xiàng)A、B、C。

（5）①2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)，K1=c(CH3OH)/c(CO)×c2(H2)；②H2(g)+CO2(g) H2O(g)+ CO(g)，K2=c(H2O) ×c(CO)/c(H2) ×c(CO2)；③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)，K3= c(CH3OH)×c(H2O)/ c3(H2)×c(CO2)；500℃時(shí)，K3=K1/ K2=2.5/1=2.5；，溫度不變，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g) 的濃度(mol/L)分別為0.8、0.1、0.3、0.15時(shí)，濃度商為QC== c(CH3OH)×c(H2O)/ c3(H2)×c(CO2)= 0.3×0.15/(0.8)3×0.1=0.88< K3=2.5；因此反應(yīng)向右進(jìn)行，v正>v逆；正確答案：>。

（6）對(duì)于反應(yīng)②：在t0時(shí)刻改變一個(gè)條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ，由圖像可知平衡時(shí)c(CO)不變，說明平衡沒有移動(dòng)，但縮短了達(dá)平衡的時(shí)間，改變的條件為加入催化劑；

當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時(shí)，CO的平衡濃度由3.0mol/L迅速變?yōu)?/span>4.5mol/L，反應(yīng)在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生，且該反應(yīng)兩邊氣體物質(zhì)的系數(shù)相等，所以壓縮氣體體積為：3：V=4.5:3,V=2L,因此則改變的條件為將容器的體積(快速)壓縮至2L；

正確答案：加入催化劑；將容器的體積（快速）壓縮至2L。