Question

科學(xué)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”中發(fā)生的主要反應(yīng)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(yīng)轉(zhuǎn)化為CO，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是

 

（2）用煤炭氣合成甲醇的反應(yīng)為：CO（g）+H₂（g）?CH₃OH（g）．在密閉容器中，將CO和H₂按一定的物質(zhì)的量混合，進(jìn)行反應(yīng)，如圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線．
①生成甲醇的反應(yīng)是

 

反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
②若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，如圖2中3個(gè)圖中，既正確又能說明反應(yīng)在t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

（填正確答案標(biāo)號(hào)） 

③在不改變原料用量的前提下，為提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

（答對(duì)一種措施即可）．
（3）近年來，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)研究方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及上推式電堆，甲醇燃料電池的工作原理如圖3所示．
 ①該電池工作時(shí)，b口通入的物質(zhì)為

 

，c口通入的物質(zhì)為

 

．
 ②該電池正極的電極反應(yīng)式為

 

．
 ③工作一段時(shí)間后，當(dāng)6.4克甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算所需熱化學(xué)方程式；
（2）①分析圖象，先拐先平，溫度高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，平衡逆向進(jìn)行；
②a、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化；
b、t₁時(shí)刻后二氧化碳、CO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
c、到達(dá)平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
③溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）①根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，右側(cè)電極為正極，左側(cè)電極為負(fù)極，負(fù)極上通入燃料；
②負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
③根據(jù)甲醇和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算．

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分析圖象，先拐先平，溫度高，T₂＞T₁，一氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
故答案為：放熱；
②a、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時(shí)刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；
b、t₁時(shí)刻后二氧化碳、CO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
d、NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t₁時(shí)刻處于平衡狀態(tài)，故c正確，
故答案為：c；
③增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，只能使平衡向正向移動(dòng)，而影響平衡移動(dòng)的因素只有三個(gè)，溫度、壓強(qiáng)、濃度，本題只能是降溫或加壓，或分離出甲醇；
故答案為：降溫或加壓；
故答案為：降低溫度（或增大壓強(qiáng)、分理出甲醇等）；
（3）①據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，右側(cè)電極為正極，c口通氧氣，左側(cè)電極為負(fù)極，b口為負(fù)極上通入燃料甲醇，故答案為：CH₃OH，O₂；
②正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，負(fù)極上甲醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂↑+12H⁺，故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
③根據(jù)2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺知，甲醇和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式得，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=

6.4g

32g/mol

=1.2mol，則轉(zhuǎn)移電子個(gè)數(shù)為1.2N_A，
故答案為：1.2N_A；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了蓋斯定律求焓變、化學(xué)平衡影響因素、原電池原理分析判斷，化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算應(yīng)用，注意平衡的條件分析和原電池電極名稱是解題關(guān)鍵，題目難度中等．