Question

15．隨著化石能源的減少，新能源的開發(fā)利用日益迫切．
（1）Bunsen熱化學循環(huán)制氫工藝由下列三個反應組成：
SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）═2HI（g）+H₂SO₄（l）△H=a kJ•mol^-1
2H₂SO₄（l）═2H₂O（g）+2SO₂（g）+O₂（g）△H=b kJ•mol^-1
2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H=c kJ•mol^-1
則：2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）△H=（2a+b+2c）kJ•mol^-1
（2）甲醇制氫有以下三個反應：
CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）△H=+90.8kJ•mol^-1Ⅰ
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-43.5kJ•mol^-1Ⅱ
CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.0kJ•mol^-1Ⅲ
①當CH₃OH（g）、O₂（g）、H₂O（g）總進料量為1mol時，且n（CH₃OH）：n（H₂O）：n（O₂）=0.57：0.28：0.15，在0.1Mpa、473～673K溫度范圍內，各組分的平衡組成隨溫度變化的關系曲線如圖甲．（圖甲中Y₁表示各氣體的體積分數(shù)，氧氣的平衡濃度接近0，圖中未標出）．下列說法正確的是AC．
A．在0.1Mpa、473～673K溫度范圍內，甲醇有很高的轉化率
B．溫度升高有利于氫氣的制備
C．尋找在較低溫度下的催化劑在本制氫工藝中至關重要
②已知反應Ⅱ在T₁℃時K=1，向恒容的密閉容器中同時充入1.0mol CO、3.0mol H₂O，達到平衡時CO的轉化率為75%．在反應達到平衡后再向其中加入1.0mol CO、1.0mol H₂O、1.0mol CO₂和1.0mol H₂，此時該反應的v_正＞v_逆（填“＞”、“＜”或“﹦”）．

（3）一種以甲醇作燃料的電池示意圖如圖乙．寫出該電池放電時負極的電極反應式：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）①A、依據(jù)圖象分析甲醇體積分數(shù)很小，說明轉化率高；
B、生成氫氣的反應Ⅱ、Ⅲ都是放熱反應，升溫反應逆向進行，氫氣量減小；
C、低溫有利于氫氣生成，但反應速率小，尋找催化劑可以提高反應速率；
②反應ⅡCO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-43.5kJ•mol^-1 ，依據(jù)平衡三段式列式計算轉化率，依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應進行的方向；
（3）燃料電池中燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，電解質是熔融金屬氧化物，甲醇失電子生成二氧化碳．

解答 解：（1）①SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）=2HI （g）+H₂SO₄（l）△H=a kJ•mol^-1
②2H₂SO₄（l）=2H₂O（g）+2SO₂（g）+O₂（g）△H=b kJ•mol^-1
③2HI（g）=H₂（g）+I₂（g）△H=c kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①×2+②+③×2得到2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H=（2a+b+2c）KJ/mol，故答案為：（2a+b+2c）；
（2）①A、依據(jù)圖象分析，在0.1MPa、473～673K溫度范圍內甲醇體積分數(shù)很小，說明轉化率高，故A正確；
B、生成氫氣的反應Ⅱ、Ⅲ都是放熱反應，升溫反應逆向進行，氫氣量減小，故B錯誤；
C、低溫有利于氫氣生成，但反應速率小，尋找催化劑可以提高反應速率，尋找在較低溫度下的催化劑在本制氫工藝中至關重要，故C正確：
故答案為：AC；　　
②依據(jù)化學平衡三段式計算列式得到，設CO反應量為x，氣體體積為v
                  CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）     1       3        0        0
變化量（mol）    x        x         x       x
平衡量（mol）  1-x      3-x        x        x
K=$\frac{\frac{n（C{O}_{2}）}{V}×\frac{n（{H}_{2}）}{V}}{\frac{n（CO）}{V}×\frac{n（{H}_{2}O）}{V}}$=$\frac{{x}^{2}}{（1-x）（3-x）}$=1
x=0.75
CO轉化率=75%；
平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨濃度改變，反應達到平衡后再向其中加入1.0mol CO、1.0mol H₂O、1.0mol CO₂和1.0mol H₂，則
      CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）
1-0.75+1  3-0.75+1   0.75+1    0.75+1
Qc=$\frac{1.7{5}^{2}}{1.25×3.25}$=0.75＜K，反應正向進行，正反應速率＞逆反應速率，
故答案為：75%；＞；
（3）甲醇作燃料的電池示意圖中電解質是金屬氧化物，甲醇失電子結合氧離子生成二氧化碳，結合電子守恒原子守恒寫出負極電極反應為：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡影響因素的分析判斷，三段式計算的應用，平衡常數(shù)計算與計算分析，原電池電極反應書寫方法，題目難度中等．