Question

【題目】科學家開發出一種“潔凈煤技術”，通過向地下煤層“氣化爐”中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續產出高熱值的煤炭氣，其主要成分是CO和H2。“氣化爐”中主要反應有：C(s)+ +H2O (g) =CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1

CO(g)+H2O(g) =CO2(g)+H2(g) △H= — 41.2kJmol-1

（1）氣化爐中CO2與C反應轉化為CO，該反應的熱化學方程式是 __________________________________。

（2）用煤炭氣合成甲醇的反應為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。在密閉容器中，將CO和H2按物質的量1：2混合反應，CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如右圖所示：

①生成甲醇的反應為_______（填“放熱”或“吸熱”）。

②圖中兩條曲線分別表示壓強為0.1MPa和5.0MPa下CO轉化率隨溫度的變化，其中代表壓強是5.0MPa的曲線是____________（填“A”或“B”）。

③在不改變反應物用量的前提下，為提高CO轉化率可采取的措施有 _______________________ 。

④壓強為0.1MPa、溫度為200℃時，平衡混合氣中甲醇的物質的量分數是 _______________。

（3）某新型電池以熔融碳酸鹽作電解質，在650℃下工作，負極通入煤炭氣，正極通入空氣與CO2的混合氣．電池的正極反應式為O2+2CO2+4e-=2CO32—，負極反應式為 ___________________和_________________。

Answer 1

【答案】 C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H=+172.5 kJmol-1 放熱 A 降溫、加壓 25% H2+CO32--2e-=H2O+CO2 CO+CO32--2e-= 2CO2

【解析】⑴. 已知① C(s)+ +H2O (g) =CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1

② CO(g)+H2O(g) =CO2(g)+H2(g) △H= －41.2kJmol-1，利用蓋斯定律將①－②可得：C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H=+172.5 kJmol-1，故答案為：C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H=+172.5 kJmol-1；

⑵. ①. 由圖象可知，隨溫度的升高CO的平衡轉化率降低，說明升溫時平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，故答案為：放熱；

②. 從反應方程式可知，該反應為氣體體積減小的反應，所以壓強增大時平衡正向移動，CO的平衡轉化率增大，即轉化率高的壓強大，故答案為：A；

③. 為提高CO的轉化率，即要使平衡正向移動，根據反應方程式可知，增大壓強可以使平衡正向移動，又因該反應是放熱反應，所以降低溫度也可以使平衡正向移動，故答案為：降溫、加壓；

④. 在密閉容器中，將CO和H2按物質的量1:2混合，設起始時加入CO amol，則加入H2 2amol，結合圖象可知，壓強為0.1MPa、溫度為200℃時，CO的平衡轉化率為0.5，則根據三段式法有：

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始(mol) a 2a 0

轉化(mol) 0.5a a 0.5a

平衡(mol) 0.5a a 0.5a

所以平衡混合氣中甲醇的物質的量分數是：×100%=25%，故答案為：25%；

⑶. 煤炭氣的主要成分是CO和H2，則該新型電池的總反應為：①O2+2CO=2CO2和②2H2+O2=2H2O，因該電池的正極反應式為③O2+2CO2+4e－=2CO32－，根據負極反應式=電池總反應式－正極反應式，①-③可得：2CO+2CO32－－4e－=4CO2，化簡得CO+CO32－－2e－=2CO2，②-③可得：2H2+2CO32－－4e－=2H2O+2CO2，化簡得H2+CO32－－2e－=H2O+CO2，

故答案為：H2+CO32－－2e－=H2O+CO2、CO+CO32－－2e－=2CO2。