Question

8．为了减少CO对大气的污染，某学习小组拟研究CO和H₂O反应转化为绿色能源H₂
（1）已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）；△H=-566kJ•moL^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）；△H=-483.6KJ•moL^-1
H₂O （g）═H₂O（l）；△H=-44.0KJ•moL^-1
写出CO和H₂O（g）作用生成CO₂和H₂的热化学方程式CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1
（2）在850℃时，反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的K=1．
①：若升高温度到950℃时，达到平衡时K＜1（填“＞”、“＜”或“=”）．
②：850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0mol CO，3.0mol H₂O，1.0mol CO₂和x mol H₂，若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是x＜3．
③：在②的条件下，按下列加料方式加料，达到平衡时H₂的体积分数如下：

	加料方式（mol）				H2的体积分数
物质	CO（g）	H2O（g）	CO2（g）	H2（g）
加料一	1	3	0	0	a%
加料二	0	1.2	0.6	0.6	b%

则：a=b（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）H₂是一种理想的绿色能源，可作燃料电池．
①若该氢氧燃料电池以KOH为电解质溶液，其正极的电极反应式是O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-
②在25℃时，以氢氧燃料电池为电源，用石墨电极电解1000mL一定浓度的CuSO₄溶液．5min后电解完全，在一个石墨电极上只有1.28g Cu生成．试回答下列问题：
电解的总反应式为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．
电解过程中转移的电子数为0.08mol，同时生成标准状况下气体的体积为0.896L．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律，根据已知热化学方程式乘以合适的系数进行相应加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数进行相应的加减，据此书写判断；
（2）①反应是放热反应升温平衡逆向进行，平衡常数减小；
②若要使上述反应开始时向正反应方向进行，浓度商小于平衡常数计算判断；
③将加料二的氢气、二氧化碳转化为CO和水，与加料一相比较，结合浓度对平衡移动的影响判断．
（3）①在氢氧燃料电池的正极上发生得电子的反应，氧气被还原生成氢氧根离子；
②电解硫酸铜时，阳极上是氢氧根放电，阴极上是铜离子放电，
电解硫酸铜时，阴极上是铜离子先放电，两极生成体积相同的气体，即阴极上：Cu²⁺+2e^-→Cu，2H⁺+2e^-→H₂↑，当该电极上有1.28g Cu生成时，转移电子为$\frac{1.28g}{64g/mol}$×2=0.04mol，阳极上是氢氧根放电，即4OH^-→O₂↑+2H₂O+4e^-，当两极生成体积相同的气体时，则转移电子是一样的，所以共转移0.08mol电子，此时阴极上产生氢气是0.02mol，阳极上产生氧气是0.02mol，两极上生成标准状况下气体的体积为0.04mol×22.4L/mol=0.896L．

解答 解：（1）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•moL^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6KJ•moL^-1
根据盖斯定律，①-②得2CO（g）+2H₂O（g）=2H₂（g）+2CO₂（g）△H=-566kJ•moL^-1-（-483.6KJ•moL^-1）=-82.4KJ•moL^-1．
即CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1．
故答案为：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1；
（2）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H＜0，在850℃时，平衡常数K=1，升温到950℃时，平衡常数随温度变化，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小，K＜1；
故答案为：K＜1；
②850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0mol CO、3.0mol H₂O、1.0mol CO₂ 和x mol H₂，若要使上述反应开始时向正反应方向进行，说明此时的浓度商小于平衡常数，
则Q=$\frac{1.0×x}{1.0×3.0}$＜1，
得到x＜3，
故答案为：x＜3；
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
一  1mol    3mol     0        0
二   0      1.2mol   0.6mol   0.6mol
可知二相当于0.6molCO、1.8molH₂O，与一中n（CO）：n（H₂O）都是1：3，因反应前后气体的体积不变，则压强对平衡移动没有影响，所以达到相同平衡状态，则a=b，
故答案为：=；
（3）①在氢氧燃料电池的正极上发生得电子的反应，即O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，故答案为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
②电解硫酸铜时，阳极上是氢氧根放电，阴极上是铜离子放电，
电解原理方程式为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
电解硫酸铜时，阴极上是铜离子先放电，两极生成体积相同的气体，即阴极上：Cu²⁺+2e^-→Cu，2H⁺+2e^-→H₂↑，当该电极上有1.28g Cu生成时，转移电子为$\frac{1.28g}{64g/mol}$×2=0.04mol，阳极上是氢氧根放电，即4OH^-→O₂↑+2H₂O+4e^-，当两极生成体积相同的气体时，则转移电子是一样的，所以共转移0.08mol电子，此时阴极上产生氢气是0.02mol，阳极上产生氧气是0.02mol，两极上生成标准状况下气体的体积为0.04mol×22.4L/mol=0.896L，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；0.08；0.896．

点评 本题综合考查学生热化学、盖斯定律的应用、燃料电池和电解池的工作原等知识，为高频考点，侧重于学生的分析、计算能力的考查，属于综合知识的考查题，难度中等．