Question

CO和H₂作為燃料和化工原料，有著十分廣泛的應用．

（1）已知：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ?mol^-1
C（s）+H₂O（g）═CO（g）十H₂（g）△H₂=+131.3kJ?mol^-1
則反應CO（g）+H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）+CO₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1
標準狀況下33.6L CO、H₂的混合氣體與足量氧氣充分反應生成CO₂和H₂O，反應過程中轉移電子

 

mol．
（2）利用反應CO（g）+H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）+CO₂（g）設計而成的MCFS燃料電池是一種新型電池．現以該燃料電池為電源，以石墨作電極電解飽和NaCl溶液，反應裝置及現象如圖1所示．則①M應是電源的

 

極（填“正”或“負”）；②該電解反應的化學方程式是

 

；③已知飽和食鹽水的體積為1L，一段時間后，測得左側試管中氣體體積為11.2mL（標準狀況），若電解前后溶液的體積變化忽略不計，電解后將溶液混合均勻，此時溶液的pH為

 

．
（3）在一密閉容器中充入10mol CO與20mol H₂，一定條件下可反應生成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）l CO的轉化率（α）與溫度的關系如圖2所示．
①測得A點時容器的體積為10L．該溫度下的平衡常數K=

 

．
②在不改變反應物用量的情況下，為提高CO轉化率可采取的措施是

 

．

Answer 1

分析：（1）根據①C（s）+O₂ （g）═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ?mol^-1；②C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₃=+131.3kJ?mol^-1兩個熱化學方程式，利用蓋斯定律，將①-②可得反應CO（g）+H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）+CO₂（g）的反應熱，根據CO、H₂參加的量計算轉移的電子數目；
（2）用惰性電極電解飽和食鹽水陽極氯離子失電子發生氧化反應生成氯氣，陰極氫離子得到電子發生還原反應生成氫氣；溶液中水的電離被促進生成氫氧化鈉；電解NaCl結束后，再電解水2H₂O

通電  .

2H₂↑+O₂↑；用惰性電極電解飽和食鹽水時，陽極上氯離子放電，陰極上氫離子放電；根據氯氣和氫氧化鈉的關系式計算氫氧化鈉的物質的量濃度，從而得出溶液的pH；
（3）①根據圖象判斷出A點時的各種物質的濃度，用平衡常數的表達式進行計算；
②根據反應的特征可從溫度、壓強、濃度等因素改變條件使平衡向正方向移動，從而提高轉化率；

解答：解：（1）根據①C（s）+O₂ （g）═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ?mol^-1；②C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₃=+131.3kJ?mol^-1兩個熱化學方程式，
利用蓋斯定律，將①-②可得反應CO（g）+H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）+CO₂（g），△H=-393.5kJ?mol^-1-131.3kJ?mol^-1=-524.83kJ?mol^-1，
CO、H₂與氧氣反應的方程式分別為：2CO++O₂

點燃  .

2CO₂；2H₂+O₂

點燃  .

2H₂O，從
方程式可以看出相同物質的量的CO、H₂燃燒轉移的電子數目相等，所以標準狀況下CO、H₂33.6L與氧氣反應生成CO₂和H₂O轉移的電子的物質的量為：

33.6L

22.4L/mol

=3mol，
故答案為：-524.8； 3；
（2）①用惰性電極電解飽和食鹽水，陽極氯離子失電子發生氧化反應生成氯氣，陰極氫離子得到電子發生還原反應生成氫氣；溶液中水的電離被促進生成氫氧化鈉；電解NaCl結束后，再電解水2H₂O

通電  .

2H₂↑+O₂↑，根據圖示1反應裝置及現象可知M極連接的試管生成的氣體多，應是電源的負極，
②用惰性電極電解飽和食鹽水時，陽極上氯離子放電，陰極上氫離子放電，同時溶液中還生成氫氧化鈉，所以電池反應式為2NaCl+2H₂O 

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
③測得左側試管中氣體體積為11.2mL為氫氣，設氫氧化鈉的物質的量濃度是xmol/L，
2NaCl+2H₂O 

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，轉移的電子       生成的氫氧化鈉
                      22.4L         2mol             2mol
                     0.0112L        xmol             Xmol
x=

2mol×0.0112L

22.4L

=0.001mol，已知飽和食鹽水的體積為1L，電解前后溶液的體積變化忽略不計，則C（H⁺）=

KW

C(OH-)

=

10-14

10-3

mol/L=10^-11mol/L，PH=-lgc(H+)=11，
故答案為：負；2NaCl+2H₂O 

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑； 11；
（3）①根據圖象可以看出，A點時CO的轉化率為50%，10mol CO轉化5mol，測得A點時容器的體積為10L，則平衡時各物質的量濃度為：c（CO）=0.5mol/L；c（H₂）=1mol/L；c（CH₃OH）=0.5mol/L；所以平衡常數為=

c(CH3OH)

c(CO)×c2(H2)

=

0.5

12×0.5

（mol?L^-1）^-2=1（mol?L^-1）^-2，
故答案為：1（mol?L^-1）^-2；
②提高轉化率應使平衡向正反應方向移動，根據反應方程式的特征可明顯判斷出可采取的措施為：降溫、加壓，將甲醇從混合體系中分離出來，
故答案為：降溫、加壓，將甲醇從混合體系中分離出來；

點評：本題較為綜合，從多個角度考查蓋斯定律、電解池原理、溶液的pH計算、化學平衡等知識，正確推斷原電池正負極是解本題的關鍵，難點是計算溶液的pH，題目難度中等．