Question

【題目】利用碳和水蒸氣制備水煤氣的核心反應(yīng)為：C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)

(1)已知碳(石墨)、H2、CO的燃燒熱分別為393.5kJ·mol－1、285.8kJ·mol－1、283kJ·mol－1，又知H2O(l)=H2O(g)　ΔH＝＋44kJ·mol－1，則C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝___。

(2)在某溫度下，在體積為1L的恒容密閉剛性容器中加入足量活性炭，并充入1mol H2O(g)發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間與容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)的數(shù)據(jù)如表：

時(shí)間/min	0	10	20	30	40
總壓強(qiáng)/100kPa	1.0	1.2	1.3	1.4	1.4

①平衡時(shí)，容器中氣體總物質(zhì)的量為________mol，H2O的轉(zhuǎn)化率為________。

②該溫度下反應(yīng)的平衡分壓常數(shù)Kp＝________kPa(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(3)保持25℃、體積恒定的1L容器中投入足量活性炭和相關(guān)氣體，發(fā)生可逆反應(yīng)C＋H2O(g)CO＋H2并已建立平衡，在40 min時(shí)再充入一定量H2，50min時(shí)再次達(dá)到平衡，反應(yīng)過(guò)程中各物質(zhì)的濃度隨時(shí)間變化如圖所示：

①40min時(shí)，再充入的H2的物質(zhì)的量為________mol。

②40～50 min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率為________mol·L－1·min－1。

(4)新型的鈉硫電池以熔融金屬鈉、熔融硫和多硫化鈉(Na2Sx)分別作為兩個(gè)電極的反應(yīng)物，固體Al2O3陶瓷(可傳導(dǎo)Na＋)為電解質(zhì)，其原理如圖所示：

①放電時(shí)，電極A為________極，S發(fā)生________反應(yīng)（填“氧化”或“還原”）。

②充電時(shí)，總反應(yīng)為Na2Sx=2Na＋Sx(3<x<5)，Na所在電極與直流電源________極相連，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為_________。

Answer 1

【答案】＋131.3 kJ·mol－1 1.4 40% 27 6 0.1 負(fù) 還原 負(fù) Sx2--2e-=Sx

【解析】

(1)已知碳(石墨)、H2、CO的燃燒熱分別為393.5kJ·mol－1、285.8kJ·mol－1、283kJ·mol－1，則

①C(s)＋O2(g)＝CO2(g)　ΔH＝－393.5kJ·mol－1

②O2(g)＋H2(g)＝H2O(l)　ΔH＝－285.8kJ·mol－1

③CO(g)＋O2(g)＝CO2(g)　ΔH＝－283kJ·mol－1

④H2O(l)=H2O(g)　ΔH＝＋44kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律可知①－②－③－④即得到C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1。

(2)根據(jù)方程式可知

壓強(qiáng)之比是物質(zhì)的量之比，則(1－x+x+x):1＝1.4:1，解得x＝0.4；

①根據(jù)以上分析可知平衡時(shí)，容器中氣體總物質(zhì)的量為1.4mol，H2O的轉(zhuǎn)化率為40%。

②該溫度下反應(yīng)的平衡分壓常數(shù)Kp＝≈27kPa。

(3)①設(shè)50min時(shí)H2的物質(zhì)的量為x mol，溫度不變平衡常數(shù)不變，由于容積是1L，則根據(jù)圖像可知平衡常數(shù)K=，解得x＝8，由于CO的變化量是1mol，所以40min時(shí)再充入的H2的物質(zhì)的量為8mol+1mol－3mol＝6mol。

②由于氫氣的變化量是1mol，所以40～50 min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率為＝0.1mol·L－1·min－1。

(4)①放電時(shí)鈉失去電子，則電極A為負(fù)極，電極B是正極，則S發(fā)生還原反應(yīng)。

②放電時(shí)鈉失去電子，則電極A為負(fù)極，充電時(shí)，Na所在電極是陰極，與直流電源負(fù)極相連；陽(yáng)極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，則根據(jù)總反應(yīng)為Na2Sx=2Na＋Sx(3＜x＜5)可知，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為Sx2--2e-=Sx。