Question

“富煤、贫油、少气”是我国能源发展面临的现状．随着能源的日益紧张，发展“煤化工”对我国能源结构的调整具有重要意义．下图是煤化工产业链之一．

“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，连续产出热值很高的煤炭合成气，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/mol①
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₂=+131.3kJ/mol②
则反应CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=H₂O（g）+CO₂（g），△H=______kJ/mol．在标准状况下，33.6L的煤炭合成气与氧气完全反应生成CO₂和H₂O，反应过程中转移______mol e^-．
（2）在一恒容的密闭容器中，由CO和H₂合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
①下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是______
a．体系压强保持不变
b．密闭容器中CO、H₂、CH₃OH（g）3种气体共存
c．CH₃OH与H₂物质的量之比为1：2
d．每消耗1mol CO的同时生成2molH₂
②CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系如下图所示．

A、B两点的平衡常数______（填“前者”、“后者”或“一样”）大；达到A、C两点的平衡状态所需的时间t_A______t_C（填“大于”、“小于”或“等于”）．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______（答出两点即可）．
（3）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______．

Answer 1

【答案】分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律来计算得到；依据n=计算物质的量结合化学方程式的电子转移计算；
（2）①化学反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同，各成分难度保持不变；
②A、B点是同温度下的平衡，转化率变化，但平衡常数不变，C点温度高速率达，达到平衡所需要的时间短；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；
（3）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；
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
依据盖斯定律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）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；
①a．反应前后气体体积发生变化，压强不变，体系压强保持不变，说明反应达到平衡，故a正确；
b．化学平衡是可逆反应，不能进行彻底，密闭容器中CO、H₂、CH₃OH（g）3种气体共存不能证明反应达到平衡，故b错误；
c．CH₃OH与H₂物质的量之比为1：2是反应比，不能证明反应达到平衡，故c错误；
d．每消耗1mol CO的同时生成2molH₂，说明正逆反应速率相同，证明反应达到平衡，故d正确；
故答案为：a d；
②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；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，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：一样； 大于；降温、加压、将甲醇从混合体系中分离出来；
（3）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-；
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．