Question

“富煤、貧油、少氣”是我國能源發展面臨的現狀。隨著能源的日益緊張，發展“煤化工”對我國能源結構的調整具有重要意義。下圖是煤化工產業鏈之一。

“潔凈煤技術”研究在世界上相當普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續產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CO(g)+H₂(g) +O₂(g)= H₂O(g)+CO₂(g)，ΔH= _________kJ·mol^–1。在標準狀況下，33.6 L的煤炭合成氣(設全部為CO和H₂)與氧氣完全反應生成CO₂和H₂O，反應中轉移______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下列情形能說明上述反應已達到平衡狀態的是_______
a．體系壓強保持不變
b．密閉容器中CO、H₂、CH₃OH(g)3種氣體共存
c．CH₃OH與H₂物質的量之比為1:2
d．每消耗1 mol CO的同時生成2molH₂
②CO的平衡轉化率(α)與溫度、壓強的關系如圖所示。

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

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 (2分)
（3） O₂ + 4e^– + 2CO₂ = 2CO₃^2– (2分)

試題分析：（1）根據蓋斯定律，將兩個熱化學方程式相減，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轉移2mole^–，H₂→H₂O轉移2mole^–，則1.5molCO與H₂的混合氣體與O₂完全反應生成CO₂和H₂O時，轉移3mol電子。（2）①a、正反應為氣體分子數減小的反應，當壓強不變時，說明各物質濃度不再變化，反應達到平衡狀態；b、CO、H₂、CH₃OH(g)3種氣體共存時，不能確定濃度是否會發生變化，即不能確定是否在一定達到平衡狀態；c、CH₃OH與H₂物質的量之比為1:2，不能確定其濃度不變，因此，不能確定是否在一定達到平衡狀態；；d、當消耗1 mol CO的同時生成2molH₂時，說明正逆反應速率相等，即反應達到平衡狀態。②A、B兩點的溫度相同，所以平衡常數相等；從圖像看出，A、C兩點的轉化率相等，而C點的溫度高，反應速率大，則到達平衡的時間短。從圖像看出，溫度降低CO的轉化率增大；該反應為氣體分子數減小的反應，加壓可使平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大；c(CH₃OH)減小，平衡也會向正反應方向移動，CO的轉化率增大。（3）燃燒電池的正極為O₂得電子，考慮到電池總反應為H₂和CO與O₂反應生成CO₂和H₂O，而負極有CO₃^2–參與反應，則正極應該有CO₃^2–生成，故正極反應式為：O₂ + 4e^– + 2CO₂ = 2CO₃^2–。