Question

煤的气化是高效、清洁的利用煤炭的重要途径之一。

（1）焦炭与水蒸气反应是将固体煤变为气体燃料的方法。已知：

① C(s)+ O₂ (g) = CO₂ (g)   ΔH = -393.5 kJ·mol^-1

② CO(g) + O₂ (g) = CO₂ (g)   ΔH = -283.0 kJ·mol^-1

③ H₂(g) + O₂ (g) = H₂O (g)   ΔH = -241.8 kJ·mol^-1

则碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式是                ，该反应的化学平衡常数K随温度的升高将               （填“增大”、“减小”或“不变”）。

（2）CO可以与H₂O(g)进一步发生反应CO(g) + H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)  ΔH＜0。在甲、乙两个恒容密闭容器中，起始时按照下表数据进行投料，在800℃时达到平衡状态，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

起始时，甲容器中反应向             （填“正反应”或“逆反应”）方向进行；平衡时，乙容器中CO的转化率为          。

②右图表示上述反应在t₁时刻达到平衡，在t₂时刻因改变某个条件而发生变化的情况。则t₂时刻发生改变的所有可能的条件是            。

（3）以CO为燃料制作燃料电池，电池的正极通入O₂和CO₂，负极通入CO，电解质是熔融碳酸钠，工作时负极反应式为                 ，若使用该电池电解熔融Al₂O₃制取10.8g Al，则理论上需要氧气的体积为（标准状况下）        L。

Answer

（1）C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ/mol（2分），增大（2分）

（2）①逆反应（2分）；50%（2分）②降低温度、增加水蒸气浓度或减小氢气浓度．（2分）

（3）CO+CO32-＝2CO2+2e- （2分） 6.72（2分）

【解析】

试题分析：（1）已知：① C(s)+ O2 (g) = CO2 (g) ΔH = -393.5 kJ·mol-1

② CO(g) + O2 (g) = CO2 (g) ΔH = -283.0 kJ·mol-1

③ H2(g) + O2 (g) = H2O (g) ΔH = -241.8 kJ·mol-1

则根据盖斯定律可知①－②－③即得到碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式是C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ/mol；正反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向进行，因此该反应的化学平衡常数K随温度的升高将增大。

（2）①起始时，甲容器中浓度熵＝＞1，所以反应向逆反应方向进行；平衡时，乙容器中消耗CO的物质的量是x，由于反应前后体积不变，因此用物质的量代替浓度计算平衡常数，则，解得x＝0.1，所以CO的转化率为50%。

②t2时CO2浓度逐渐增大，CO浓度逐渐减小，这是你平衡向正反应方向进行。由于正反应是体积不变的放热反应，因此改变的条件可能是降低温度、增加水蒸气浓度或减小氢气浓度；

（3）电解质是熔融碳酸钠，工作时负极通入CO，所以电极反应式为CO－2e-+CO32-＝2CO2；若使用该电池电解熔融氧化铝制取10.8g铝，物质的量是10.8g÷27g/mol＝0.4mol，注意1.2mol，所以根据电子得失守恒可知需要氧气是1.2mol÷4＝0.3mol，在标准状况下的体积为0.3mol×22.4L/mol＝6.72L。

【考点定位】考查盖斯定律的应用、平衡常数以及外界条件对平衡状态的影响和电极反应式的书写以及有关计算

【名师点晴】该题是高频考点，考查的知识点较多，属于中等难度试题的考查，明确盖斯定律的含义、平衡常数的意义以及电化学原理是解答的关键，难点是电极反应式的书写。书写电极反应式时除了要明确正负极、阴阳极的判断，放电微粒外，还需要特别注意介质的影响，例如溶液的酸碱性，有无交换膜，是阳离子交换膜，还是阴离子交换膜，是否是熔融的电解质等。