Question

7．煤、天然氣是社會生產(chǎn)、生活中重要的能源．
（1）工業(yè)上常把煤進(jìn)行氣化和液化處理，使煤變成清潔能源．煤氣化和液化流程示意圖如下：

①已知H₂、CO和CH₃OH的燃燒熱△H分別為-285.8kJ•mol^-1、-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1．寫出由CO和H₂合成甲醇的熱化學(xué)方程式CO （g）+2H₂（g）═CH₃OH （l）△H=-128.1kJ/mol
②煤進(jìn)行氣化和液化的優(yōu)點是利用率高，污染小
（2）天然氣催化重整也可生成CO和H₂
①500℃，向一體積可變的密閉容器中充入一定量CH₄和水蒸氣進(jìn)行催化重整，下列能說明反應(yīng)一定處于平衡狀態(tài)的是AD
A．混合氣體的密度不隨時間變化         B．CO和H₂的體積分?jǐn)?shù)之比不隨時間變化
C．V_正（CH₄）=3v_逆（H₂）                   D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間變化
②CO和H₂可用作燃料電池．一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖：

寫出A電極反應(yīng)式H₂+CO₃^2--2e^-=H₂O+CO₂ CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂或H₂+2CO+CO₃^2--2e^-=H₂O+2CO₂
（3）CO一旦泄露會造成污染，環(huán)保檢測中，有害氣體的濃度常用1L有害氣體的毫克值（mg/L）來表示，如對某氣體樣品中所含一氧化碳的濃度進(jìn)行測定，其方法和實驗步驟如下：
①首先將2.00L的氣體樣品通過盛有I₂O₅固體的加熱管，反應(yīng)后生成CO₂和I₂；
②用30.0mL 5.00×10^-3mol/L的硫代硫酸鈉溶液恰好吸收所產(chǎn)生的碘，發(fā)生的反應(yīng)為：
I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-，則樣品中CO的濃度為5.25 mg/L．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)燃燒熱的概念以及蓋斯定律來計算化學(xué)反應(yīng)的焓變；
②依據(jù)原料的利用率和對環(huán)境的影響分析判斷；
（2）①化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，個組分含量保持不變，及其衍生出的各種物理量不變分析判斷；
②甲烷和水經(jīng)催化重整生成CO和H₂，反應(yīng)中C元素化合價有-4價升高到+2價，H元素化合價由+1價降低到0價，原電池工作時，CO和H₂為負(fù)極反應(yīng)，被氧化生成二氧化碳和水，正極為氧氣得電子生成CO₃^2-，以此解答該題；
（3）根據(jù)關(guān)系式2Na₂S₂O₃～I(xiàn)₂，計算硫代硫酸鈉溶液吸收所產(chǎn)生的碘后剩余的Na₂S₂O₃物質(zhì)的量，進(jìn)而計算CO還原出的I₂消耗Na₂S₂O₃的物質(zhì)的量，再根據(jù)關(guān)系式：2Na₂S₂O₃～I(xiàn)₂～5CO，計算CO的物質(zhì)的量，據(jù)此計算CO的濃度．

解答 解：（1）①由H₂（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ•mol^-1知，1molH₂（g）完全燃燒生成1molH₂O（l）放出熱量285.8kJ，
即a、H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1；
b、CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
c、CH₃OH（l）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
由蓋斯定律可知，a×2+b-c得：CO （g）+2H₂（g）═CH₃OH （l）△H=-128.1kJ/mol，
故答案為：CO （g）+2H₂（g）═CH₃OH （l）△H=-128.1kJ/mol；  
②煤進(jìn)行氣化和液化的優(yōu)點是原料全部被產(chǎn)品消納（或原料全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，或原子利用率100%等），實現(xiàn)“零排放”或不對環(huán)境造成污染等，
故答案為：利用率高，污染小；
（2）①天然氣催化重整也可生成CO和H₂，500℃，向一體積可變的密閉容器中充入一定量CH₄和水蒸氣進(jìn)行催化重整，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH₄+H₂O=CO+3H₂，是氣體體積增大的反應(yīng)，
A．體積可變的密閉容器，氣體質(zhì)量不變，體積若不變化，則混合氣體的密度不隨時間變化 說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．CO和H₂的體積分?jǐn)?shù)之比不隨時間變化一氧化碳和氫氣生成物質(zhì)的量之比始終相同，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，為正反應(yīng)速率之比，當(dāng)3V_正（CH₄）=v_逆（H₂）時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，所以V_正（CH₄）=3v_逆（H₂）不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量變化，若混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間變化，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：AD；  
②電解質(zhì)沒有OH^-，負(fù)極反應(yīng)為：H₂+CO₃^2--2e^-=H₂O+CO₂ ，CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂，或H₂+2CO+CO₃^2--2e^-=H₂O+2CO₂，
故答案為：H₂+CO₃^2--2e^-=H₂O+CO₂，CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂，或H₂+2CO+CO₃^2--2e^-=H₂O+2CO₂；
（3）CO與I₂O₅反應(yīng)生成CO₂和I₂，碳元素化合價由+2價升高為+4價，共升高2價，碘元素化合價由+5價降低為0價，共降低10價，化合價升降最小公倍數(shù)為10，故CO系數(shù)為5，I₂O₅系數(shù)為1．由原子守恒可知CO₂系數(shù)為5，I₂系數(shù)為1，反應(yīng)方程式為5CO+I₂O₅=5CO₂+I₂．
  關(guān)系式：2Na₂S₂O₃～I(xiàn)₂～5CO
         2mol            5mol
   0.030.0L×5.00×10^-3mol/L  y
解得：y=3.75×10^-4mol
CO的濃度為$\frac{3.75×1{0}^{-4}mol×28g/mol}{2L}$=5.25×10^-3g/L=5.25mg/L．
故答案為：5.25 mg/L；

點評 本題考查熱化學(xué)方程式書寫，化學(xué)平衡狀態(tài)分析判斷方法，原電池原理的理解應(yīng)用，氧化還原反應(yīng)的滴定計算等，難度中等，對于多步反應(yīng)計算通常利用關(guān)系式解答，理解關(guān)系式并熟練運(yùn)用．