Question

【題目】科學(xué)家開發(fā)出一種“潔凈煤技術(shù)”，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(xù)產(chǎn)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(yīng)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(yīng)轉(zhuǎn)化為CO，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式_____________。

（2）用煤炭氣合成甲醇的反應(yīng)為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。在密閉容器中，將CO和H2按物質(zhì)的量1：2混合反應(yīng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示：

①生成甲醇的反應(yīng)為_______（填“放熱”或“吸熱”）。

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

③在不改變反應(yīng)物用量的前提下，為提高CO轉(zhuǎn)化率可采取的措施有(寫兩條措施) _________。

④壓強(qiáng)為0.1MPa、溫度為200℃時，平衡混合氣中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是 _______________。

（3）某新型電池以熔融碳酸鹽作電解質(zhì)，在650℃下工作，負(fù)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(yīng)式為O2+2CO2+4e-=2CO32—，負(fù)極反應(yīng)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】

（1）由蓋斯定律計算可得；

（2）①升高溫度，平衡向吸熱方向移動；

②該反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動；

③該反應(yīng)是氣體體積縮小的放熱反應(yīng)，降溫、加壓使平衡向正反應(yīng)方向移動；

④依題意建立三段式求解可得；

（3）由題意可知煤炭氣為一氧化碳和氫氣的混合氣體，一氧化碳在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳、氫氣在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成水。

（1）將已知熱化學(xué)方程式依次編號為①②，由蓋斯定律可知，①—②可得氣化爐中CO2與C反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO的熱化學(xué)方程式(s)+CO2(g)=2CO(g) ，則△H=△H1—△H2=（+131.3 kJmol-1）—（—41.2kJmol-1）=+172.5 kJmol-1，故答案為：C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H=+172.5 kJmol-1；

（2）①升高溫度，平衡向吸熱方向移動，由圖可知溫度升高CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，則生成甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；

②該反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動，由圖可知，在溫度為200℃時，A的轉(zhuǎn)化率比B的高，說明壓強(qiáng)改變，平衡正向移動，則A點的壓強(qiáng)大，為5.0MPa，故答案為：A；

③該反應(yīng)是氣體體積縮小的放熱反應(yīng)，則在不改變反應(yīng)物用量的前提下，可以通過降溫、加壓的措施使平衡向正反應(yīng)方向移動，提高CO轉(zhuǎn)化率，故答案為：降溫、加壓；

④設(shè)壓強(qiáng)為0.1MPa、溫度為200℃時，設(shè)起始CO為1mol，由圖可知，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則由題意建立如下三段式：

則由三段式數(shù)據(jù)可知平衡混合氣中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是×100%=25%，故答案為：25%；

（3）由題意可知煤炭氣為一氧化碳和氫氣的混合氣體，一氧化碳在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳、氫氣在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為H2+CO32--2e-=H2O+CO2、CO+CO32--2e-= 2CO2，故答案為：H2+CO32--2e-=H2O+CO2；CO+CO32--2e-= 2CO2。