Question

20．科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種“潔凈煤技術(shù)”，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)出高熱值的煤炭氣，其主要成分是CO和H₂．“氣化爐”中主要反應(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C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H=+172.5kJ•mol^-1．
（2）用煤炭氣合成甲醇的反應(yīng)為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．在密閉容器中，將CO和H₂按物質(zhì)的量1：2混合反應(yīng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示．

①生成甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
②圖中兩條曲線分別表示壓強(qiáng)為0.1MPa和5.0MPa下CO轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化，其中代表壓強(qiáng)是5.0MPa的曲線是A（填“A”或“B”）．
③在不改變反應(yīng)物用量的前提下，為提高CO轉(zhuǎn)化率可采取的措施有降溫或加壓（答出一種即可）．
④壓強(qiáng)為0.1MPa、溫度為200℃時(shí)，平衡混合氣中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是25%．
（3）某新型電池以熔融碳酸鹽作電解質(zhì)，在650℃下工作，負(fù)極通入煤炭氣，正極通入空氣與CO₂的混合氣．電池的正極反應(yīng)式為O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-，負(fù)極反應(yīng)式為CO+CO₃^2--2e^-═2CO₂和H₂+CO₃^2--2e^-=H₂O+CO₂．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律，結(jié)合已知的熱化學(xué)方程式，
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3 kJ•mol^-1      ①
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2 kJ•mol^-1       ②
①-②得到C（s）+CO₂（g）=2CO（g），利用蓋斯定律解答；
（2）溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)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)，則CO的轉(zhuǎn)化率增大；結(jié)合圖象，利用三段式法解答該題；
（3）煤炭氣的主要成分為CO₂和H₂，在燃料電池中，負(fù)極通入燃料，正極通入氧氣，熔融碳酸鹽作電解質(zhì)，所以正極反應(yīng)式為O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，負(fù)極反應(yīng)式為CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂和H₂+CO₃^2--2e^-=H₂O+CO₂．

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由圖象可知，隨溫度的升高其轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明升溫時(shí)平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱，
故答案為：放熱；
②從方程式可知，反應(yīng)物有3mol氣體，生成物有2mol氣體，所以壓強(qiáng)增大時(shí)平衡氣體體積減小的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)，在200℃時(shí)，轉(zhuǎn)化率高的壓強(qiáng)大，
故答案為：A；
③增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，即要使平衡向正向移動(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，
故答案為：降溫或加壓；
④設(shè)加入COamol，則有H₂2amol
　　　　　　　　CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
反應(yīng)前（mol） 　a 　　　2a 　　　　　0
反應(yīng)了（mol） 0.5a 　　a 　　　　　0.5a
平衡時(shí)（mol） 0.5a　　 a 　　　　　0.5a
可求得：$\frac{0.5a}{0.5a+a+0.5a}$×100%=25%
故答案為：25%．
（3）煤炭氣的主要成分為CO₂和H₂，在燃料電池中，負(fù)極通入燃料，正極通入氧氣，熔融碳酸鹽作電解質(zhì)，所以正極反應(yīng)式為O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，負(fù)極反應(yīng)式為CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂和H₂+CO₃^2--2e^-=H₂O+CO₂．故答案為：H₂+CO₃^2--2e^-=H₂O+CO₂．

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，影響平衡的因素分析判斷以及原電池的工作原理知識(shí)，化學(xué)平衡移動(dòng)原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等，考查了學(xué)生的識(shí)圖能力以及基礎(chǔ)知識(shí)靈活運(yùn)用的能力．