Question

【題目】利用碳和水蒸氣制備水煤氣的核心反應為：C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)

(1)已知碳(石墨)、H2、CO的燃燒熱分別為393.5kJ·mol－1、285.8kJ·mol－1、283kJ·mol－1，又知H2O(l)=H2O(g)　ΔH＝＋44kJ·mol－1，則C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝___。

(2)在某溫度下，在體積為1L的恒容密閉剛性容器中加入足量活性炭，并充入1mol H2O(g)發生上述反應，反應時間與容器內氣體總壓強的數據如表：

時間/min	0	10	20	30	40
總壓強/100kPa	1.0	1.2	1.3	1.4	1.4

①平衡時，容器中氣體總物質的量為________mol，H2O的轉化率為________。

②該溫度下反應的平衡分壓常數Kp＝________kPa(結果保留2位有效數字)。

(3)保持25℃、體積恒定的1L容器中投入足量活性炭和相關氣體，發生可逆反應C＋H2O(g)CO＋H2并已建立平衡，在40 min時再充入一定量H2，50min時再次達到平衡，反應過程中各物質的濃度隨時間變化如圖所示：

①40min時，再充入的H2的物質的量為________mol。

②40～50 min內H2的平均反應速率為________mol·L－1·min－1。

(4)新型的鈉硫電池以熔融金屬鈉、熔融硫和多硫化鈉(Na2Sx)分別作為兩個電極的反應物，固體Al2O3陶瓷(可傳導Na＋)為電解質，其原理如圖所示：

①放電時，電極A為________極，S發生________反應（填“氧化”或“還原”）。

②充電時，總反應為Na2Sx=2Na＋Sx(3<x<5)，Na所在電極與直流電源________極相連，陽極的電極反應式為_________。

Answer 1

【答案】＋131.3 kJ·mol－1 1.4 40% 27 6 0.1 負 還原 負 Sx2--2e-=Sx

【解析】

(1)已知碳(石墨)、H2、CO的燃燒熱分別為393.5kJ·mol－1、285.8kJ·mol－1、283kJ·mol－1，則

①C(s)＋O2(g)＝CO2(g)　ΔH＝－393.5kJ·mol－1

②O2(g)＋H2(g)＝H2O(l)　ΔH＝－285.8kJ·mol－1

③CO(g)＋O2(g)＝CO2(g)　ΔH＝－283kJ·mol－1

④H2O(l)=H2O(g)　ΔH＝＋44kJ·mol－1

根據蓋斯定律可知①－②－③－④即得到C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1。

(2)根據方程式可知

壓強之比是物質的量之比，則(1－x+x+x):1＝1.4:1，解得x＝0.4；

①根據以上分析可知平衡時，容器中氣體總物質的量為1.4mol，H2O的轉化率為40%。

②該溫度下反應的平衡分壓常數Kp＝≈27kPa。

(3)①設50min時H2的物質的量為x mol，溫度不變平衡常數不變，由于容積是1L，則根據圖像可知平衡常數K=，解得x＝8，由于CO的變化量是1mol，所以40min時再充入的H2的物質的量為8mol+1mol－3mol＝6mol。

②由于氫氣的變化量是1mol，所以40～50 min內H2的平均反應速率為＝0.1mol·L－1·min－1。

(4)①放電時鈉失去電子，則電極A為負極，電極B是正極，則S發生還原反應。

②放電時鈉失去電子，則電極A為負極，充電時，Na所在電極是陰極，與直流電源負極相連；陽極發生失去電子的氧化反應，則根據總反應為Na2Sx=2Na＋Sx(3＜x＜5)可知，陽極電極反應式為Sx2--2e-=Sx。