Question

【題目】焦炭與CO、H2均是重要的能源，也是重要的化工原料。

已知C、H2、CO的燃燒熱分別為-393.5 kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1、-283 kJ·mol-1，又知水的氣化熱為＋44 kJ／mol。

(1)①焦炭與水蒸氣反應(yīng)生成CO、H2的熱化學(xué)方程式為___________________。

②若將足量焦炭與2mol水蒸氣充分反應(yīng)，當(dāng)吸收能量為191.7kJ時(shí)，則此時(shí)H2O(g)的轉(zhuǎn)化率為_________________。

(2)將焦炭與水蒸氣置于容積為2L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，其中H2O、CO的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線如圖所示。

①第一個(gè)平衡時(shí)段的平衡常數(shù)是______________，若反應(yīng)進(jìn)行到2 min時(shí)，改變了溫度，使曲線發(fā)生如圖所示的變化，則溫度變化為___________（填“升溫”或“降溫”）。

②反應(yīng)至5 min時(shí)，若也只改變了某一個(gè)條件，使曲線發(fā)生如圖所示的變化，該條件可能是下述中的____。

a.增加了C b.增加了水蒸氣 c.降低了溫度 d.增加了壓強(qiáng)

(3)若以CO、O2、K2CO3等構(gòu)成的熔融鹽電池為動(dòng)力，電解400mL飽和食鹽水，則電解反應(yīng)的總方程式為______________________，當(dāng)有5.6g燃料被消耗時(shí)，電解池中溶液的pH＝__________（忽略溶液的體積變化，不考慮能量的其它損耗）。

Answer 1

【答案】 C(s) +H2O(g) =CO(g) +H2(g) △H=+131.3kJ/mol 73% 0.017 升溫 b 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+C12↑ 14

【解析】（1）①由C、H2、CO的燃燒熱（△H）分別為-393.5kJmol-1、-285.8kJmol-1、-283kJmol-1，以及水的氣化熱為+44kJ/mol，可得①C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-393.5 kJ/mol；②H2（g）+O2（g）═H2O（l）△H=-285.8kJ/mol；③CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1；④H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將①+④-②-③可得C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ/mol；
②根據(jù)熱化學(xué)方程式C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g），△H=+131.3kJ/mol，當(dāng)吸收能量為191.7kJ時(shí)，參加反應(yīng)的水蒸氣的物質(zhì)的量為=1.46mol，所以水的轉(zhuǎn)化率=×100%=73%；
（2）①根據(jù)圖象可知，在第一個(gè)平衡時(shí)段的CO的物質(zhì)的量為0.2mol，則此時(shí)生成的H2也是0.2mol，反應(yīng)體系中水的物質(zhì)的量為1.2mol，容積為2L，所以此時(shí)CO的平衡濃度為0.1mol/L，H2的平衡濃度為0.1mol/L，H2O的平衡濃度為0.6mol/L，則K===0.017；應(yīng)進(jìn)行至2min時(shí)，根據(jù)圖象知，相同時(shí)間內(nèi)，水和一氧化碳的物質(zhì)的量變化量大于0-1min內(nèi)，說明反應(yīng)速率增大，水蒸氣的物質(zhì)的量減少，一氧化碳的物質(zhì)的量增加，說明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，而該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則該改變的條件只能是升高溫度；
②反應(yīng)至第5min時(shí)，CO的物質(zhì)的量不變，水的物質(zhì)的量增大，說明改變的量是增加水的物質(zhì)的量，隨反應(yīng)進(jìn)行水蒸氣減小，一氧化碳增大，平衡正向進(jìn)行；a．增加了C是固體，不影響化學(xué)平衡，故a錯(cuò)誤；b．增加了水蒸氣，5min時(shí)，CO的物質(zhì)的量不變，水的物質(zhì)的量增大，故b正確；c．反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，降低了溫度平衡逆向進(jìn)行，圖象不符合，故c錯(cuò)誤；d．增加了壓強(qiáng)，平衡逆向進(jìn)行，不符合圖象變化，故d錯(cuò)誤；故答案為b；

（3）該燃料電池中，通入CO的電極為負(fù)極，負(fù)極上CO失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，負(fù)極反應(yīng)式為CO+CO32--2e-=2CO2，當(dāng)有5.6g（即0.2mol）CO被消耗時(shí)，電路中流過的電子的物質(zhì)的量為0.4mol，根據(jù)電解方程式2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑～2e-可知，電解池中產(chǎn)生的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.4mol，所以氫氧化鈉的濃度為mol/L=1mol/L，所以溶液的pH=14。