Question

“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍，科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出了热值高达12500～16000kJ?m^-3的煤炭气，其主要成分是CO和H₂．CO和H₂可作为能源和化工原料，应用十分广泛．
（1）已知：C（s）+O₂ （g）=CO₂ （g）△H₁=-393.5kJ?mol^-1  ①
         2H₂ （g）+O₂ （g）=2H₂O（g）△H₂=-483.6kJ?mol^-1  ②
         C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂ （g）△H₃=+131.3kJ?mol^-1  ③
则反应CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=H₂O（g）+CO₂（g）△H=

 

kJ?mol^-1．标准状况下的煤炭气（CO、H₂）33.6L与氧气完全反应生成CO₂和H₂O，反应过程中转移

 

mol e^-．
（2）工作温度650℃的熔融盐燃料电池，是用煤炭气（CO、H₂）作负极燃气，空气与CO₂的混合气体为正极燃气，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔点混合物做电解质，以金属镍（燃料电池电极）为催化剂制成的．负极的电极反应式为：CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O；则该电池的正极反应式为

 

．
（3）密闭容器中充有10mol CO与20mol H₂，在催化剂作用下反应生成甲醇：
CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）；CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系如图所示．

①若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态，此时在A点时容器的体积为VAL，则该温度下的平衡常数K=

 

；A、B两点时容器中，n（A）总：n（B）总=

 

．
②若A、C两点都表示达到的平衡状态，则自反应开始到达平衡状态所需的时间t_A

 

t_C（填“大于”、“小于”或“等于”）．
③在不改变反应物用量的情况下，为提高CO的转化率可采取的措施是

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理

专题：

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律来计算得到；依据n=

V

22.4

计算物质的量结合化学方程式的电子转移计算；
（2）燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，正极上是氧气得到电子发生还原反应；
（3）①A、B点是同温度下的平衡，转化率变化，但平衡常数不变，结合化学平衡三段式列式计算A处的平衡常数，A点一氧化碳转化率为50%，B点一氧化碳转化率为70%；
②C点温度高速率达，达到平衡所需要的时间短；
③提高CO的转化率可采取的措施是改变条件促使平衡正向进行．

解答： 解：（1）C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ/mol①
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₂=+131.3kJ/mol②
由盖斯定律①-②得到CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=H₂O（g）+CO₂（g）△H=-524.8KJ/mol；
在标准状况下，33.6L的煤炭合成气物质的量为1.5mol，与氧气完全反应生成CO₂和H₂O，反应过程中2mol合成气完全反应电子转移4mol，所以1.5mol合成气反应转移电子3mol；
故答案为：-524.8； 3；
（2）燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，正极上是氧气得到电子发生还原反应，空气与CO₂的混合气体为正极燃气，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔点混合物做电解质，以金属镍（燃料极）为催化剂制成的，正极反应是氧气得到电子发生还原反应，电极反应为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
故答案为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），图象分析温度越高，一氧化碳转化率减小，逆向进行，正反应是放热反应；
①依据图象分析可知AB是同温度下的平衡，平衡常数随温度变化，所以平衡常数不变，A点一氧化碳转化率为50%，B点一氧化碳转化率为70%，密闭容器中充有10mol CO与20mol H₂，A点平衡常数结合平衡三段式列式计算；
              CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）  10      20        0
变化量（mol）  5       10        5 
平衡量（mol）  5       10        5
平衡常数K=

( 5mol VL )

5mol VL ×( 10mol VL )2

=

V2

100

L²/mol²；
B点一氧化碳转化率为70%，结合平衡三段式列式计算
              CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）  10      20        0
变化量（mol）  7       14        7
平衡量（mol）  3       6         7
A、B两点时容器中，n（A）总：n（B）总=（5+10+5）：（3+6+7）=20：16=5：4；
故答案为：

V2

100

L²/mol²；5：4；
②达到A、C两点的平衡状态所需的时间，C点温度高反应速率快达到反应速率需要的时间短，t_A＞t_C，故答案为：大于；
③反应是气体体积减小的放热反应，提高CO的转化率可采取的措施是降温、加压、分离出甲醇，故答案为：降温、加压、将甲醇从混合体系中分离出来．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡标志判断，图象分析，影响平衡的因素分析判断，化学平衡移动原理是解题关键，题目难度中等．