Question

9．煤的氣化是高效、清潔的利用煤炭的重要途徑之一．
（1）焦炭與水蒸氣反應是將固體煤變?yōu)闅怏w燃料的方法．已知：
①C（s）+O₂ （g）=CO₂ （g）△H=-393.5kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=CO₂ （g）△H=-283.0kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）=H₂O （g）△H=-241.8kJ•mol^-1
則碳與水蒸氣反應生成一氧化碳和氫氣的熱化學方程式是C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol，該反應的化學平衡常數(shù)K隨溫度的升高將增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）CO可以與H₂O（g）進一步發(fā)生反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0．在甲、乙兩個恒容密閉容器中，起始時按照表數(shù)據(jù)進行投料，在800℃時達到平衡狀態(tài)，K=1.0．

	H2O	CO	CO2	H2
甲 n/mol	0.10	0.30	0.10	0.50
乙 n/mol	0.20	0.20	0	0

起始時，甲容器中反應向逆反應（填“正反應”或“逆反應”）方向進行；平衡時，乙容器中CO的轉化率為50%．
（3）以CO為燃料制作燃料電池，電池的正極通入O₂和CO₂，負極通入CO，電解質(zhì)是熔融碳酸鈉，寫出工作時正極的電極反應式：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，若使用該電池電解熔融Al₂O₃制取10.8g Al，則理論上需要氧氣的體積為（標準狀況下）6.72L．
（4）將（2）中生成的混合氣用過量的NaOH溶液吸收，得到的溶液中有一種溶質(zhì)可以水解，請寫出其水解的離子方程式：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的系數(shù)進行相應的計算；
（2）根據(jù)已知濃度求出Qc，然后與K比較；令參加反應的CO的物質(zhì)的量為nmol，根據(jù)三段式表示出平衡時各組分的物質(zhì)的量，由于反應前后氣體的體積不變，故用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)列方程計算；
（3）依據(jù)電池中是燃料做原電池的負極失電子發(fā)生氧化反應，氧氣做正極得到電子發(fā)生還原反應再結合電解質(zhì)書寫，依據(jù)電子守恒計算需要的氧氣；
（4）將（2）中生成的混合氣含有CO₂，用過量的NaOH溶液吸收生成Na₂CO₃，為強堿弱酸鹽，水解呈堿性．

解答 解：（1）在25℃、101kPa時，H₂與O₂化合生成1mol H₂O（g）放出241.8kJ的熱量，其熱化學方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8 kJ/mol，
已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ/mol
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8 kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①-③-②得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，由于該反應為吸熱反應，所以升高溫度平衡正移，K增大；
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol；增大；
（2）甲容器中：Qc=$\frac{c（CO2）c（H2）}{c（CO）c（H2O）}$=$\frac{0.1×0.5}{0.3×0.1}$=$\frac{5}{3}$＞1=K，所以反應向逆反應進行；
令參加反應的CO的物質(zhì)的量為nmol，則：
          CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol）：0.1   0.1       0       0
變化（mol）：n      n        n       n
平衡（mol）：0.1-n  0.1-n     n       n
由于反應前后氣體的體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故$\frac{n×n}{（0.1-n）（0.1-n）}$=1，解得n=0.05，故CO的轉化率為$\frac{0.05mol}{0.1mol}$×100%=50%，
故答案為：逆反應；50%；
（3）以CO為燃料制作燃料電池，電池的正極通入O₂和CO₂，負極通入CO，電解質(zhì)是熔融碳酸鹽，依據(jù)原電池反應原理可知負極是一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應生成二氧化碳的過程，正極上氧氣得到電子被還原，與二氧化碳反應生成CO₃^2-，電極方程式為：O₂+4e^-+2CO₂=2 CO₃^2-； 
若使用該電池電解熔融Al₂O₃制取10.8g Al，結合電解反應化學方程式計算，2Al₂O₃$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Al+3O₂↑；n（Al）=$\frac{10.8g}{27g/mol}$=0.4mol
依據(jù)電子守恒得到：O₂～4e-～$\frac{4}{3}$Al，
則理論上需要氧氣物質(zhì)的量為0.3mol，氧氣的體積為（標準狀況下） 6.72L，
故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2 CO₃^2-；6.72；
（4）因（2）中生成的混合氣含有CO₂，用過量的NaOH溶液吸收生成Na₂CO₃，為強堿弱酸鹽，水解呈堿性，離子方程式為CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-、HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-．

點評 本題考查較為綜合，涉及熱化學方程式，為高考常見題型，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，題目涉及原電池原理的應用，電解計算，化學平衡常數(shù)的計算，化學方程式的電子守恒的計算應用，難度中等．