Question

 “富煤、贫油、少气”是我国能源发展面临的现状。随着能源的日益紧张，发展“煤化工”对我国能源结构的调整具有重要意义。下图是煤化工产业链之一。

   “洁净煤技术”研究在世界上相当普遍，科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出热值很高的煤炭合成气，其主要成分是CO和H₂。CO和H₂可作为能源和化工原料，应用十分广泛。

（1）已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)             ΔH₁＝－393.5 kJ·mol^–1           ①

C(s)+H₂O(g)=CO(g)+H₂(g)       ΔH₂＝＋131.3 kJ·mol^–1           ②

则反应CO(g)+H₂(g) +O₂(g)= H₂O(g)+CO₂(g)，ΔH= _________kJ·mol^–1。在标准状况下，33.6 L的煤炭合成气(设全部为CO和H₂)与氧气完全反应生成CO₂和H₂O，反应中转移______mole^－。

（2）在一恒容的密闭容器中，由CO和H₂合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)

①下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是_______

a．体系压强保持不变

b．密闭容器中CO、H₂、CH₃OH(g)3种气体共存

c．CH₃OH与H₂物质的量之比为1:2

d．每消耗1 mol CO的同时生成2molH₂

②CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图所示。

A、B两点的平衡常数_____(填“前者”、“后者”或“一样”)大； 达到A、C两点的平衡状态所需的时间t_A       t_C(填“大于”、“小于”或“等于”)。

在不改变反应物用量的情况下，为提高CO的转化率可采取的措施是_____________(答出两点即可)。

（3）工作温度650℃的熔融盐燃料电池，是用煤炭气(CO、H₂)作负极燃气，空气与CO₂的混合气体为正极燃气，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔点混合物做电解质，以金属镍(燃料极)为催化剂制成的。负极的电极反应式为：CO + H₂－4e^－ + 2CO₃^2－= 3CO₂+H₂O；则该电池的正极反应式为____________。

Answer

（1） －524.8 (2分)     3 (2分)

（2） ①a d (2分)

②一样 (2分)    大于 (2分)   降温、加压、将甲醇从混合体系中分离出来 (2分)

（3） O2  + 4e–  + 2CO2 = 2CO32– (2分)

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，将两个热化学方程式相减，即①－②得：CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g)，则ΔH=ΔH1－ΔH2＝－393.5 kJ·mol–1－131.3 kJ·mol–1＝－524.8kJ·mol–1。CO→CO2转移2mole–，H2→H2O转移2mole–，则1.5molCO与H2的混合气体与O2完全反应生成CO2和H2O时，转移3mol电子。（2） ①a、正反应为气体分子数减小的反应，当压强不变时，说明各物质浓度不再变化，反应达到平衡状态；b、CO、H2、CH3OH(g)3种气体共存时，不能确定浓度是否会发生变化，即不能确定是否在一定达到平衡状态；c、CH3OH与H2物质的量之比为1:2，不能确定其浓度不变，因此，不能确定是否在一定达到平衡状态；；d、当消耗1 mol CO的同时生成2molH2时，说明正逆反应速率相等，即反应达到平衡状态。②A、B两点的温度相同，所以平衡常数相等；从图像看出，A、C两点的转化率相等，而C点的温度高，反应速率大，则到达平衡的时间短。从图像看出，温度降低CO的转化率增大；该反应为气体分子数减小的反应，加压可使平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大；c(CH3OH)减小，平衡也会向正反应方向移动，CO的转化率增大。（3）燃烧电池的正极为O2得电子，考虑到电池总反应为H2和CO与O2反应生成CO2和H2O，而负极有CO32–参与反应，则正极应该有CO32–生成，故正极反应式为：O2  + 4e–  + 2CO2 = 2CO32–。

考点：考查反应热的计算、化学平衡状态的判断、平衡移动原理的应用及原电池电极反应式的书写，考查学生综合分析能力及所学知识的灵活运用能力。