Question

（2012?煙臺一模）煤的氣化是高效、清潔的利用煤炭的重要途徑之一．
（1）焦炭與水蒸氣反應是將固體煤變為氣體燃料的方法．已知：①C（s）+O₂ （g）═CO₂ （g）△H=-393.5 kJ?mol-1   ②CO（g）+

1

2

O₂ （g）═CO₂（g）△H=-283.0 kJ?mol-1  ③H₂（g）+

1

2

O₂ （g）═H₂O （g）△H=-241.8 kJ?mol-1則碳與水蒸氣反應生成一氧化碳和氫氣的熱化學方程式是

C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1

，該反應的化學平衡常數K隨溫度的升高將

增大

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）CO可以與H₂O（g）進一步發生反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0．在甲、乙兩個恒容密閉容器中，起始時按照下表數據進行投料，在800℃時達到平衡狀態，K=1.0．

	H2O	CO	CO2	H2
甲 n/mol	0.10	0.30	0.10	0.50
乙 n/mol	0.20	0.20	0	0

①起始時，甲容器中反應向

逆反應

（填“正反應”或“逆反應”）方向進行；平衡時，乙容器中CO的轉化率為

50%

．
②如圖表示上述反應在t₁時刻達到平衡，在t₂時刻因改變某個條件而發生變化的情況．則t₂時刻發生改變的所有可能的條件是

降低溫度、增加水蒸氣濃度或減小氫氣濃度

．
（3）以CO為燃料制作燃料電池，電池的正極通入O₂和CO₂，負極通入CO，電解質是熔融碳酸鈉，工作時負極反應式為

CO+CO₃^2-→2CO₂+2e^-

，若使用該電池電解熔融Al₂O₃制取10.8g Al，則理論上需要氧氣的體積為（標準狀況下）

6.72

L．

Answer 1

分析：（1）根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的系數進行相應的計算；
（2）①根據已知濃度求出Qc，然后與K比較；令參加反應的CO的物質的量為nmol，根據三段式表示出平衡時各組分的物質的量，由于反應前后氣體的體積不變，故用物質的量代替濃度代入平衡常數列方程計算；
②根據CO₂濃度和CO濃度變化，判斷平衡移動，再判斷改變的條件；
（3）依據電池中是燃料做原電池的負極失電子發生氧化反應，氧氣做正極得到電子發生還原反應再結合電解質書寫，依據電子守恒計算需要的氧氣；

解答：解：（1）在25℃、101kPa時，H₂與O₂化合生成1mol H₂O（g）放出241.8kJ的熱量，其熱化學方程式為：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8 kJ/mol，
已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
②CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ/mol
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8 kJ/mol，
根據蓋斯定律，①-③-②得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1，由于該反應為吸熱反應，所以升高溫度平衡正移，K增大；
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1，增大；
（2）①甲容器中：Qc=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

=

0.1×0.5

0.3×0.1

=

5

3

＞1=K，所以反應向逆反應進行；
令參加反應的CO的物質的量為nmol，則：
          CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol）：0.1   0.1       0       0
變化（mol）：n      n        n       n
平衡（mol）：0.1-n  0.1-n     n       n
由于反應前后氣體的體積不變，可以用物質的量代替濃度計算平衡常數，故

n×n

(0.1-n)(0.1-n)

=1，解得n=0.05，故CO的轉化率為

0.05mol

0.1mol

×100%=50%，
②在t₂時刻因改變條件，CO₂濃度逐漸增大，CO濃度逐漸減小，所以平衡正移，又因為△H＜0，故改變條件為：降低溫度、增加水蒸氣濃度或減小氫氣濃度；故答案為：降低溫度、增加水蒸氣濃度或減小氫氣濃度．
（3）以CO為燃料制作燃料電池，電池的正極通入O₂和CO₂，負極通入CO，電解質是熔融碳酸鹽，依據原電池反應原理可知負極是一氧化碳失電子發生氧化反應生成二氧化碳的過程，根據電解質環境是熔融碳酸鹽和電子守恒得到負極電極反應為：CO+CO₃^2-→2CO₂+2e^-； 
若使用該電池電解熔融Al₂O₃制取10.8g Al，結合電解反應化學方程式計算，2Al₂O₃

通電  .

4Al+3O₂↑；n（Al）=

10.8g

27g/mol

=0.4mol
依據電子守恒得到：O₂～4e-～

4

3

Al，
則理論上需要氧氣物質的量為0.3mol，氧氣的體積為（標準狀況下） 6.72L；故答案為：CO+CO₃^2-→2CO₂+2e^-；6.72

點評：本題考查本題考查了熱化學方程式，原電池原理的應用，電解計算，化學平衡常數的計算，化學方程式的電子守恒的計算應用，題目難度中等．