Question

水煤气是一种高效气体燃料，其主要成分是CO和H₂，可用水蒸气通过炽热的炭制得：C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ?mol^-1
（1）某温度下，四个容器中均进行着上述反应，各容器中炭足量，其它物质的物质的量浓度及正逆反应速率关系如下表所示．请填写表中相应的空格．

容器 编号	c（H2O） /mol?L-1	c（CO） /mol?L-1	c（H2） /mol?L-1	v正、v逆比较
I	0.06	0.60	0.10	v正=v逆
II	0.06	0.50	0.40	①
III	0.12	0.40	0.80	v正＜v逆
IV	0.12	0.30	②	v正=v逆

（2）另有一个容积可变的密闭容器．恒温恒压下，向其中加入1.0mol炭和1.0mol水蒸气 （H₂O），发生上述反应，达到平衡时，容器的体积变为原来的1.25 倍．平衡时水蒸气的转化率为

25%

；向该容器中补充 a mol 炭，水蒸气的转化率将

不变

（填“增大”、“减小”、“不变”）．
（3）在一定条件下用水煤气能合成甲醇：CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g） 据研究，给合成甲醇反应体系中通入少量CO₂有利于维持催化剂Cu₂O的量不变，原因是（用化学方程式表示）

Cu₂O+CO2Cu+CO₂

．
（4）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，该电池用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融盐混合物作电解质，其中一极通入CO，另一极通入空气和CO₂的混合气体．根据上述信息，该燃料电池：负极反应式为

2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂

；正极反应式为

O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-

．

Answer 1

分析：（1）利用平衡常数计算，Ⅰ反应v_正=v_逆，则达平衡状态，K=

0.1×0.6

0.06

=1，计算出反应的浓度幂之积，与平衡常数比较，然后进行判断；
（2）利用三段式法计算，固体对反应速率和化学平衡都没有影响，加入碳粉，水蒸气的转化率不变；
（3）Cu₂O能被CO还原生成CO₂和Cu，该反应为可逆反应；
（4）通入CO的一极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂，通入空气和CO₂的混合气体一极为原电池的正极，发生还原反应，
电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

解答：解：（1）利用平衡常数计算，Ⅰ反应v_正=v_逆，则达平衡状态，K=

0.1×0.6

0.06

=1，反应Ⅱ中

0.5×0.4

0，06

＞1，则反应未达到平衡，平衡向逆反应方向移动，则v_正＜v_逆，
反应Ⅳv_正=v_逆，说明反应达平衡状态，则有

0.3×c(H2)

0.12

= 1，c（H₂）=0.4/mol?L^-1，故答案为：①v_正＜v_逆； ②0.40；
（2）设平衡时转化水蒸气为xmol，
       C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）
起始：1.0mol           0       0 
转化：x               x       x
平衡：（1-x）             x       x

1-x+x+x

1

=1.25，x=0.25（mol），平衡时水蒸气的转化率为

0.25

1

×100%=25%，
固体对反应速率和化学平衡都没有影响，加入碳粉，水蒸气的转化率不变，故答案为：25%；不变；
（3）Cu₂O能被CO还原生成CO₂和Cu，该反应为可逆反应，反应体系中通入少量CO₂有利于维持催化剂Cu₂O的量不变，反应为Cu₂O+CO2Cu+CO₂，
故答案为：Cu₂O+CO2Cu+CO₂；
（4）通入CO的一极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂，通入空气和CO₂的混合气体一极为原电池的正极，发生还原反应，
电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，故答案为：2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂； O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

点评：本题考查化学平衡计算，以及电化学知识，题目难度中等，本题注意平衡常数的利用．