Question

【題目】CO和H2可作為能源和化工原料，應用十分廣泛。

(1)已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH2＝－483.6 kJ·mol－1

C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔH3＝131.3 kJ·mol－1

則反應CO(g)＋H2(g)＋O2(g)===H2O(g)＋CO2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。標準狀況下的煤氣(CO、H2)33.6 L與氧氣反應生成CO2和H2O，反應過程中轉移________mol電子。

(2)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFS)，是用煤氣(CO、H2)作負極燃氣，空氣與CO2的混合氣為正極助燃氣，用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔點混合物作電解質，以金屬鎳(燃料極)為催化劑制成的。負極的電極反應式為_________，則該電池的正極反應式是____________。

(3)密閉容器中充有10 mol CO與20 mol H2，在催化劑作用下反應生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)；CO的轉化率(α)與溫度、壓強的關系如圖所示。

①若A、B兩點表示在某時刻達到的平衡狀態，此時在A點時容器的體積為10 L，則該溫度下的平衡常數K＝________；此時在B點時容器的體積VB________10 L(填“大于”“小于”或“等于”)。

②若A、C兩點都表示達到的平衡狀態，則自反應開始到達平衡狀態所需的時間tA________tC(填“大于”“小于”或“等于”)。

Answer 1

【答案】－524.83CO－2e－＋CO===2CO2 H2－2e－＋CO===CO2＋H2O　O2＋4e－＋2CO2===2CO1小于大于

【解析】

(1)將給定的熱化學方程式的第一個反應式減去第三個反應式即能得到所求的熱化學方程式及反應熱；無論是1molCO還是1molH2，在燃燒過程中都失去2mol電子，故1.5 mol煤氣反應過程中共轉移3 mol電子。

(2)CO在負極上失去電子后結合遷移過來的CO而形成CO2，H2在負極上失去電子后結合遷移過來的CO后生成CO2和H2O；在正極上是O2得電子后結合空氣中的CO2后生成CO,按此規律書寫極反應方程式。

(3)①由A點時根據CO的轉化率可以求出平衡時三種氣體的濃度，代入公式K＝可得平衡常數；因B點的壓強大于A點的壓強，故B點容器的體積小于10 L。

②C點的壓強大、溫度高，反應速率快，達平衡用的時間短。

（1）根據①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5kJ·mol-1；②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H2=-483.6kJ·mol-1；③C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H3=+131.3kJ·mol-1三個熱化學方程式，利用蓋斯定律，將①-③可得反應：CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g)，△H=-393.5kJmol-1-131.3kJmol-1=-524.8kJmol-1；CO、H2與氧氣反應的方程式分別為：2CO+O22CO2；2H2+O22H2O，從方程式可以看出相同物質的量的CO、H2燃燒轉移的電子數目相等，且1molCO或1molH2轉移的電子為2mol，所以標準狀況下CO、H233.6L與氧氣反應生成CO2和H2O，轉移的電子的物質的量為：(33.6×2)/22.4×2=3mol；正確答案：－524.8；3。

（2）CO在負極失去電子后結合電解質溶液中的CO32-生成CO2，H2在負極失去電子后結合電解質溶液中的CO32-生成CO2和H2O，則負極的電極反應式為：CO-2e-+CO32-=2CO2、H2-2e-+CO32-=CO2+H2O；O2在正極得電子后結合CO2生成CO32-，則該電池的正極反應式為：O2+4e-+2CO2=2CO32-；正確答案：CO－2e－＋CO===2CO2 ，H2－2e－＋CO===CO2＋H2O；O2＋4e－＋2CO2===2CO 。

（3）①根據圖象可以看出，A點時CO的轉化率為50%，在A點時容器的體積為10L，則平衡時各物質的量濃度為：c(CO)=0.5mol/L、c(H2)=1mol/L、c(CH3OH)=0.5mol/L；所以平衡常數K=c(CH3OH)/c(CO)×c2(H2)=0.5/(0.5×12)=1；B點CO轉化率比A點CO轉化率大，則B點壓強比A點大，故B點容器的體積小于10L；正確答案: 1； 小于。

②升高溫度，反應速率增大，反應開始到達平衡狀態所需的時間要少，C點比A點溫度高，所以反應開始到達平衡狀態所需的時間tA大于tC；正確答案：大于。