Question

“富煤、貧油、少氣”是我國(guó)能源發(fā)展面臨的現(xiàn)狀．隨著能源的日益緊張，發(fā)展“煤化工”對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整具有重要意義．下圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈之一．

“潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過(guò)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)出熱值很高的煤炭合成氣，其主要成分是CO和H₂．CO和H₂可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛．
（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
則反應(yīng)CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=H₂O（g）+CO₂（g），△H=______kJ/mol．在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，33.6L的煤炭合成氣與氧氣完全反應(yīng)生成CO₂和H₂O，反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)移______mol e^-．
（2）在一恒容的密閉容器中，由CO和H₂合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
①下列情形能說(shuō)明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是______
a．體系壓強(qiáng)保持不變
b．密閉容器中CO、H₂、CH₃OH（g）3種氣體共存
c．CH₃OH與H₂物質(zhì)的量之比為1：2
d．每消耗1mol CO的同時(shí)生成2molH₂
②CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示．

A、B兩點(diǎn)的平衡常數(shù)______（填“前者”、“后者”或“一樣”）大；達(dá)到A、C兩點(diǎn)的平衡狀態(tài)所需的時(shí)間t_A______t_C（填“大于”、“小于”或“等于”）．在不改變反應(yīng)物用量的情況下，為提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是______（答出兩點(diǎn)即可）．
（3）工作溫度650℃的熔融鹽燃料電池，是用煤炭氣（CO、H₂）作負(fù)極燃?xì)猓�空氣與CO₂的混合氣體為正極燃?xì)�，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔點(diǎn)混合物做電解質(zhì)，以金屬鎳（燃料極）為催化劑制成的．負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O；則該電池的正極反應(yīng)式為_(kāi)_____．

Answer 1

【答案】分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律來(lái)計(jì)算得到；依據(jù)n=計(jì)算物質(zhì)的量結(jié)合化學(xué)方程式的電子轉(zhuǎn)移計(jì)算；
（2）①化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各成分難度保持不變；
②A、B點(diǎn)是同溫度下的平衡，轉(zhuǎn)化率變化，但平衡常數(shù)不變，C點(diǎn)溫度高速率達(dá)，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間短；提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是改變條件促使平衡正向進(jìn)行；
（3）燃料電池中燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；
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
依據(jù)蓋斯定律①-②得到
CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=H₂O（g）+CO₂（g），△H=-524.8KJ/mol；
在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，33.6L的煤炭合成氣物質(zhì)的量為1.5mol，與氧氣完全反應(yīng)生成CO₂和H₂O，反應(yīng)過(guò)程中2mol合成氣完全反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移4mol，所以1.5mol合成氣反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子3mol；
故答案為：-524.8； 3；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），圖象分析溫度越高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，逆向進(jìn)行，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
①a．反應(yīng)前后氣體體積發(fā)生變化，壓強(qiáng)不變，體系壓強(qiáng)保持不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故a正確；
b．化學(xué)平衡是可逆反應(yīng)，不能進(jìn)行徹底，密閉容器中CO、H₂、CH₃OH（g）3種氣體共存不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故b錯(cuò)誤；
c．CH₃OH與H₂物質(zhì)的量之比為1：2是反應(yīng)比，不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故c錯(cuò)誤；
d．每消耗1mol CO的同時(shí)生成2molH₂，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故d正確；
故答案為：a d；
②依據(jù)圖象分析可知AB是同溫度下的平衡，平衡常數(shù)隨溫度變化，所以平衡常數(shù)不變；達(dá)到A、C兩點(diǎn)的平衡狀態(tài)所需的時(shí)間，C點(diǎn)溫度高反應(yīng)速率快達(dá)到反應(yīng)速率需要的時(shí)間短，t_A＞t_C，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是降溫、加壓、分離出甲醇；
故答案為：一樣； 大于；降溫、加壓、將甲醇從混合體系中分離出來(lái)；
（3）燃料電池中燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，空氣與CO₂的混合氣體為正極燃?xì)猓�用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔點(diǎn)混合物做電解質(zhì)，以金屬鎳（燃料極）為催化劑制成的，正極反應(yīng)是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡標(biāo)志判斷，圖象分析，影響平衡的因素分析判斷，化學(xué)平衡移動(dòng)原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．