Question

20．科學家開發(fā)出一種“潔凈煤技術(shù)”，通過向地下煤層“氣化爐”中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出高熱值的煤炭氣，其主要成分是CO和H₂．“氣化爐”中主要反應有：
C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
（1）氣化爐中CO₂與C反應轉(zhuǎn)化為CO，該反應的熱化學方程式是C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H=+172.5kJ•mol^-1．
（2）用煤炭氣合成甲醇的反應為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．在密閉容器中，將CO和H₂按物質(zhì)的量1：2混合反應，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示．

①生成甲醇的反應為放熱反應（填“放熱”或“吸熱”）．
②圖中兩條曲線分別表示壓強為0.1MPa和5.0MPa下CO轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化，其中代表壓強是5.0MPa的曲線是A（填“A”或“B”）．
③在不改變反應物用量的前提下，為提高CO轉(zhuǎn)化率可采取的措施有降溫或加壓（答出一種即可）．
④壓強為0.1MPa、溫度為200℃時，平衡混合氣中甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)是25%．
（3）某新型電池以熔融碳酸鹽作電解質(zhì)，在650℃下工作，負極通入煤炭氣，正極通入空氣與CO₂的混合氣．電池的正極反應式為O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-，負極反應式為CO+CO₃^2--2e^-═2CO₂和H₂+CO₃^2--2e^-=H₂O+CO₂．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律，結(jié)合已知的熱化學方程式，
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3 kJ•mol^-1      ①
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2 kJ•mol^-1       ②
①-②得到C（s）+CO₂（g）=2CO（g），利用蓋斯定律解答；
（2）溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動；增大壓強，平衡向正反應方向移動，則CO的轉(zhuǎn)化率增大；結(jié)合圖象，利用三段式法解答該題；
（3）煤炭氣的主要成分為CO₂和H₂，在燃料電池中，負極通入燃料，正極通入氧氣，熔融碳酸鹽作電解質(zhì)，所以正極反應式為O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，負極反應式為CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂和H₂+CO₃^2--2e^-=H₂O+CO₂．

解答 解：（1）已知：①C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律將①-②可得C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H=+172.5 kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H=+172.5 kJ•mol^-1；
（2）①由圖象可知，隨溫度的升高其轉(zhuǎn)化率降低，說明升溫時平衡逆向移動，正反應放熱，
故答案為：放熱；
②從方程式可知，反應物有3mol氣體，生成物有2mol氣體，所以壓強增大時平衡氣體體積減小的方向移動，即正向移動，在200℃時，轉(zhuǎn)化率高的壓強大，
故答案為：A；
③增大反應物的轉(zhuǎn)化率，即要使平衡向正向移動，而影響平衡移動的因素只有三個，溫度、壓強、濃度，本題只能是降溫或加壓，
故答案為：降溫或加壓；
④設(shè)加入COamol，則有H₂2amol
　　　　　　　　CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
反應前（mol） 　a 　　　2a 　　　　　0
反應了（mol） 0.5a 　　a 　　　　　0.5a
平衡時（mol） 0.5a　　 a 　　　　　0.5a
可求得：$\frac{0.5a}{0.5a+a+0.5a}$×100%=25%
故答案為：25%．
（3）煤炭氣的主要成分為CO₂和H₂，在燃料電池中，負極通入燃料，正極通入氧氣，熔融碳酸鹽作電解質(zhì)，所以正極反應式為O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，負極反應式為CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂和H₂+CO₃^2--2e^-=H₂O+CO₂．故答案為：H₂+CO₃^2--2e^-=H₂O+CO₂．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，影響平衡的因素分析判斷以及原電池的工作原理知識，化學平衡移動原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等，考查了學生的識圖能力以及基礎(chǔ)知識靈活運用的能力．