Question

4．Ⅰ、由生物質(zhì)能通過綠色化學(xué)途徑制取氫氣是當(dāng)前能源發(fā)展的一個(gè)重要方向．如圖表示的是以CaO為吸收體，將生物質(zhì)經(jīng)與水蒸氣反應(yīng)制取H₂的流程（生物質(zhì)簡(jiǎn)寫為C）．
其中氣化爐和燃燒爐中分別發(fā)生的主要反應(yīng)如表所示：

氣化爐	燃燒爐
①C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）△H=+131.6kJ•mol-1 ②CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-41.2kJ•mol-1 ③CaO（s）+CO2（g）?CaCO3（s）△H=-178.3kJ•mol-1	④C（s）+O2（g）═CO2（g） △H=-393.8kJ•mol-1 ⑤CaCO3（s）?CaO（s）+CO2（g） K

請(qǐng)回答下列問題：
（1）氣化爐中的總反應(yīng)為C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）═CaCO₃（s）+2H₂（g）△H=-87.9 kJ•mol^-1．
（2）燃燒爐中反應(yīng)⑤所需的能量由反應(yīng)④提供．如果生成1mol CaO，至少需通入純氧0.453mol．（留三位小數(shù)點(diǎn)）
（3）下表列出的是當(dāng)只改變溫度或壓強(qiáng)時(shí)，反應(yīng)⑤中CO₂的濃度和CaCO₃的殘留率的變化．

	0	5	10	15	20	25
T1	0	1.5	2.3	4.0	4.0	4.0
T2	0	1.0	1.8	2.8	3.1	3.1

	0	5	10	15	20	25
p1	1	0.90	0.83	0.75	0.75	0.75
p2	1	0.58	0.35	0.31	0.30	0.30

由表中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度升高，反應(yīng)⑤K值增大（填“增大”、“減小”或“不變”），T₁＞T₂（填“＞”或“＜”，下同）；隨著壓強(qiáng)增大，CaCO₃的分解率減小，則p₁＞p₂．
Ⅱ、以熔融碳酸鹽（Li₂CO₃）為電解質(zhì)，一氧化碳-空氣燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂．在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2L氧氣參與反應(yīng)，理論上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2N_A（或1.204×10²⁴）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，據(jù)此計(jì)算反應(yīng)熱；
（2）由反應(yīng)③可知，反應(yīng)⑤再生1mol CaO吸收178.3kJ熱量，結(jié)合反應(yīng)④的反應(yīng)熱計(jì)算需要氧氣物質(zhì)的量；
（3）圖表數(shù)據(jù)分析可知一定壓強(qiáng)下隨時(shí)間增大，生產(chǎn)二氧化碳增多，說明溫度升高平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，平衡常數(shù)增大，不同溫度下隨溫度升高二氧化碳增大，T₁＞T₂，圖表2可知P₁狀態(tài)在相同時(shí)間內(nèi)殘留率大于P₂，反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向進(jìn)行，碳酸鈣殘留率增大；
Ⅱ、（4）該燃料電池中，通入CO的一極為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2CO-4e^-+2CO₃^2-═4CO₂，通入氧氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-，以此解答該題．

解答 解：Ⅰ、（1）已知：①C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
③CaO（s）+CO₂（g）=CaCO₃（s）△H=-178.3kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①+②+③得C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）=CaCO₃（s）+2H₂（g），
故△H=+131.6kJ•mol^-1+（-41.2kJ•mol^-1）+（-178.3kJ•mol^-1）=-87.9kJ•mol^-1，
故答案為：-87.9；
（2）由反應(yīng)③可知，反應(yīng)⑤再生1mol CaO吸收178.3kJ熱量，由反應(yīng)④C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.8kJ•mol^-1可知，需要氧氣物質(zhì)的量=$\frac{178.3KJ/mol}{393.8KJ/mol}$=0.453mol，
故答案為：0.453；
（3）圖表數(shù)據(jù)分析可知一定壓強(qiáng)下隨時(shí)間增大，生產(chǎn)二氧化碳增多，說明溫度升高平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，平衡常數(shù)增大，不同溫度下隨溫度升高二氧化碳增大，T₁＞T₂，反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向進(jìn)行，碳酸鈣殘留率增大，圖表2可知P₁狀態(tài)在相同時(shí)間內(nèi)殘留率大于P₂，則P₁＞P₂，
故答案為：增大，＞，＞；
Ⅱ、通入CO的一極為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2CO-4e^-+2CO₃^2-═4CO₂，正極上的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-，總反應(yīng)式為：2CO+O₂═2CO₂，熔融鹽中CO₃^2-的物質(zhì)的量濃度不變，依據(jù)電子守恒在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2L氧氣物質(zhì)的量=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol參與反應(yīng)，理論上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)=0.5mol×4×N_A=2N_A（或1.204×10²⁴），
故答案為：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂，2N_A（或1.204×10²⁴）；

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱有關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素分析判斷，原電池原理分析應(yīng)用，主要是圖表數(shù)據(jù)分析和平衡移動(dòng)原理的理解，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等，．