Question

“富煤、貧油、少氣”是我國(guó)能源發(fā)展面臨的現(xiàn)狀。隨著能源的日益緊張，發(fā)展“煤化工”對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整具有重要意義。下圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈之一。

“潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過(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)出熱值很高的煤炭合成氣，其主要成分是CO和H₂。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          ①
C(s)+H₂O(g)=CO(g)+H₂(g)      ΔH₂＝＋131.3 kJ·mol^–1          ②
則反應(yīng)CO(g)+H₂(g) +O₂(g)= H₂O(g)+CO₂(g)，ΔH= _________kJ·mol^–1。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，33.6 L的煤炭合成氣(設(shè)全部為CO和H₂)與氧氣完全反應(yīng)生成CO₂和H₂O，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移______mole^－。
（2）在一恒容的密閉容器中，由CO和H₂合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
①下列情形能說(shuō)明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______
a．體系壓強(qiáng)保持不變
b．密閉容器中CO、H₂、CH₃OH(g)3種氣體共存
c．CH₃OH與H₂物質(zhì)的量之比為1:2
d．每消耗1 mol CO的同時(shí)生成2molH₂
②CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

A、B兩點(diǎn)的平衡常數(shù)_____(填“前者”、“后者”或“一樣”)大；達(dá)到A、C兩點(diǎn)的平衡狀態(tài)所需的時(shí)間t_A      t_C(填“大于”、“小于”或“等于”)。
在不改變反應(yīng)物用量的情況下，為提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是_____________(答出兩點(diǎn)即可)。
（3）工作溫度650℃的熔融鹽燃料電池，是用煤炭氣(CO、H₂)作負(fù)極燃?xì)猓�空氣與CO₂的混合氣體為正極燃?xì)�，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔點(diǎn)混合物做電解質(zhì)，以金屬鎳(燃料極)為催化劑制成的。負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CO + H₂－4e^－ + 2CO₃^2－= 3CO₂+H₂O；則該電池的正極反應(yīng)式為____________。

Answer 1

（1） －524.8 (2分)    3 (2分)
（2） ①a d (2分)
②一樣 (2分)   大于 (2分)  降溫、加壓、將甲醇從混合體系中分離出來(lái) (2分)
（3） O₂ + 4e^– + 2CO₂ = 2CO₃^2– (2分)

試題分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，將兩個(gè)熱化學(xué)方程式相減，即①－②得：CO(g)+H₂(g) +O₂(g)= H₂O(g)+CO₂(g)，則ΔH=ΔH₁－ΔH₂＝－393.5 kJ·mol^–1－131.3 kJ·mol^–1＝－524.8kJ·mol^–1。CO→CO₂轉(zhuǎn)移2mole^–，H₂→H₂O轉(zhuǎn)移2mole^–，則1.5molCO與H₂的混合氣體與O₂完全反應(yīng)生成CO₂和H₂O時(shí)，轉(zhuǎn)移3mol電子。（2）①a、正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，說(shuō)明各物質(zhì)濃度不再變化，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；b、CO、H₂、CH₃OH(g)3種氣體共存時(shí)，不能確定濃度是否會(huì)發(fā)生變化，即不能確定是否在一定達(dá)到平衡狀態(tài)；c、CH₃OH與H₂物質(zhì)的量之比為1:2，不能確定其濃度不變，因此，不能確定是否在一定達(dá)到平衡狀態(tài)；；d、當(dāng)消耗1 mol CO的同時(shí)生成2molH₂時(shí)，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，即反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。②A、B兩點(diǎn)的溫度相同，所以平衡常數(shù)相等；從圖像看出，A、C兩點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率相等，而C點(diǎn)的溫度高，反應(yīng)速率大，則到達(dá)平衡的時(shí)間短。從圖像看出，溫度降低CO的轉(zhuǎn)化率增大；該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓可使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大；c(CH₃OH)減小，平衡也會(huì)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大。（3）燃燒電池的正極為O₂得電子，考慮到電池總反應(yīng)為H₂和CO與O₂反應(yīng)生成CO₂和H₂O，而負(fù)極有CO₃^2–參與反應(yīng)，則正極應(yīng)該有CO₃^2–生成，故正極反應(yīng)式為：O₂ + 4e^– + 2CO₂ = 2CO₃^2–。