Question

（14分）水煤氣是一種高效氣體燃料，其主要成分是CO和H₂，可用水蒸氣通過熾熱的炭制得：C (s) + H₂O(g)CO (g) +H₂ (g)  △H ＝+131kJ•mol^－1

⑴T溫度下，四個容器中均進行著上述反應，各容器中炭足量，其它物質的物質的量濃度及正逆反應速率關系如下表所示。請填寫表中相應的空格。

容器 編號	c(H2O) /mol·L－1	c(CO) /mol·L－1	c(H2) /mol·L－1	v正、v逆比較
I	0.06	0.60	0.10	v正＝v逆
II	0.06	0.50	0.40	①
III	0.12	0.40	0.80	v正＜v逆
IV	0.12	0.30	②	v正＝v逆

①         ②        在T溫度下該反應的化學平衡常數為       

⑵另有一個容積可變的密閉容器。恒溫恒壓下，向其中加入1.0mol炭和1.0 mol水蒸氣 (H₂O)，發生上述反應，達到平衡時，容器的體積變為原來的1.25 倍。平衡時水蒸氣的轉化率為         ；向該容器中補充 a mol 炭，水蒸氣的轉化率將          （填 “增大”、“減小”、“不變”）。

⑶在一定條件下用水煤氣能合成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g) △H＞0給合成甲醇反應體系中通入少量CO則平衡向        移動，減小壓強則平衡向        移動，降低溫度則平衡向        移動（填左，右，不）

⑷熔融鹽燃料電池具有高的發電效率，該電池用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融鹽混合物作電解質，其中一極通入CO，另一極通入空氣和CO₂的混合氣體。根據上述信息，該燃料電池：負極反應式為                            ；正極反應式為                        。

（5）已知在常溫常壓下：

①2CH₃OH (l)＋3O₂ (g) == 2CO₂ (g)＋4H₂O (g)　ΔH₁＝－1 275.6 kJ·mol^－1

②2CO (g)＋O₂ (g) == 2CO₂ (g)  ΔH₂＝－566.0 kJ·mol^－1

③H₂O (g) = H₂O (l)　ΔH₃＝－44.0 kJ·mol^－1

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式：____________________      

 

Answer 1

【答案】

（1）①v_正 ＜ v_逆 （1分）     ②0.40 （1分）    1.0（1分）

（2）25%（1分）               不變（1分）

（3）右   左    左（各1分，共3分）

（4）2CO－4e^－+2CO₃^{2 －}＝4CO₂  （2分）       O₂ +4e^－+2CO₂＝2CO₃^{2 －}（2分）

（5）CH₃OH(l)＋O₂(g) == CO(g)＋2H₂O(l)    ΔH＝－442.8 kJ·mol^－1（2分）

【解析】（1）根據I可知，平衡常數為。II中＞1，所以反應向逆反應方向移動，即正反應速率小于逆反應速率。在IV中反應處于平衡狀態，則，解得c＝0.40mol/L。

（2）                 C (s) + H₂O(g)CO (g) +H₂ (g)

起始量（mol）                 1         1      1

轉化量（mol）                 x         x      x

平衡量（mol）               1－x        x      x

所以有1－x＋x＋x＝1.25×1

解得x＝0.25

所以轉化率是0.25÷1×100％＝25％

碳是固體，所以增加碳的質量是，平衡不移動。

（3）增加CO的濃度，平衡向正反應方向移動。因為反應是體積減小的、吸熱的可逆反應，所以降低壓強或降低溫度平衡都向逆反應方向移動。

（4）原電池中負極失去電子，正極得到電子。又因為電解質是熔融鹽，所以正負極的電極反應式為O₂ +4e^－+2CO₂＝2CO₃^{2 －}、2CO－4e^－+2CO₃^{2 －}＝4CO₂ 。

（5）根據蓋斯定律可知，（①－②＋③×4）÷2即得到CH₃OH(l)＋O₂(g) == CO(g)＋2H₂O(l)，所以ΔH＝（－1 275.6 kJ·mol^－1＋566.0 kJ·mol^－1－44.0 kJ·mol^－1×4）÷2＝－442.8 kJ·mol^－1