Question

【題目】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)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(yīng)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(yīng)生成CO2和H2O，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)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(zhì)，以金屬鎳(燃料極)為催化劑制成的。負極的電極反應(yīng)式為_________，則該電池的正極反應(yīng)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(yīng)生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)；CO的轉(zhuǎn)化率(α)與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示。

①若A、B兩點表示在某時刻達到的平衡狀態(tài)，此時在A點時容器的體積為10 L，則該溫度下的平衡常數(shù)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(tài)，則自反應(yīng)開始到達平衡狀態(tài)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(xué)方程式的第一個反應(yīng)式減去第三個反應(yīng)式即能得到所求的熱化學(xué)方程式及反應(yīng)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(yīng)過程中共轉(zhuǎn)移3 mol電子。

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

(3)①由A點時根據(jù)CO的轉(zhuǎn)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(shù)；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(yīng)速率快，達平衡用的時間短。

（1）根據(jù)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(xué)方程式，利用蓋斯定律，將①-③可得反應(yīng)：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(yīng)的方程式分別為：2CO+O22CO2；2H2+O22H2O，從方程式可以看出相同物質(zhì)的量的CO、H2燃燒轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相等，且1molCO或1molH2轉(zhuǎn)移的電子為2mol，所以標準狀況下CO、H233.6L與氧氣反應(yīng)生成CO2和H2O，轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)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(jié)合電解質(zhì)溶液中的CO32-生成CO2，H2在負極失去電子后結(jié)合電解質(zhì)溶液中的CO32-生成CO2和H2O，則負極的電極反應(yīng)式為：CO-2e-+CO32-=2CO2、H2-2e-+CO32-=CO2+H2O；O2在正極得電子后結(jié)合CO2生成CO32-，則該電池的正極反應(yīng)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(jù)圖象可以看出，A點時CO的轉(zhuǎn)化率為50%，在A點時容器的體積為10L，則平衡時各物質(zhì)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(shù)K=c(CH3OH)/c(CO)×c2(H2)=0.5/(0.5×12)=1；B點CO轉(zhuǎn)化率比A點CO轉(zhuǎn)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(yīng)速率增大，反應(yīng)開始到達平衡狀態(tài)所需的時間要少，C點比A點溫度高，所以反應(yīng)開始到達平衡狀態(tài)所需的時間tA大于tC；正確答案：大于。