Question

人类的生存与发展都和能源有密切关系，其中煤炭的能源利用是人类最早开发的能源之一。在现代化工业中，煤炭的气化是以煤炭为原料，在高温高压下使煤炭中的有机物质和气化剂发生一系列的化学反应，使固体的煤炭转化成可燃性气体的生产过程。生要反应如下：

Ⅰ.C(s)+CO₂(g)=2CO(g)              ∆H₁=+172.8kJ·mol^-1

Ⅱ.C(s)+H₂O(g)=CO(g)+H₂(g)        ∆H₂=+131.8kJ·mol^-1

Ⅲ.CO(g)+H₂O(g)=CO₂(g)+H₂(g)     ∆H₃=-41.0kJ·mol^-1

Ⅳ.C(s)+2H₂O(g)=CO₂(g)+2H₂(g)     ∆H₄

回答下列问题：

（1）CO₂的电子式是___；∆H₄=___kJ·mol^-1。

（2）分别向初始温度为T℃，体职为2L的两个刚性密闭容器中，各充入足量的C(a)和1molH₂O(g)，一个容器为恒温容器，一个容器为绝热容器，若只发生反应II。两容器中压强随时间的变化关系如图所示：

①图中代表恒温容器的曲线是___(填“L₁，"或“L₂”)。

②绝热容器中，从反应开始至达到平衡，平均反应速率v(H₂O)=__mol·L^-1·min^-1。

③恒温容器中，T°C时，该反应的平衡常数K_p=__kPa(Kp是以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数。用含P₁的代数式表示)

（3）若在恒温容器中，同时发生以上四个反应，其中C(s)足量。下列说法正确的是__(填序号)。

a.当CO浓度不再发生变化时，容器中所有反应均达到平衡状态

b.缩小容器容积，反应I正反应速率降低，逆反应速率升高，平衡初逆方向移动

c.根据平衡常数公式，若从密闭容器中分离出所有C(s)，各气体的浓度保持不变

（4）煤炭是不可再生资源，而在固态金属氧化物电解池中，高温电解H₂O-CO₂混合气体制备H₂和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。X是电源的___极，阴极的电极反应式有：__。

Answer

+90.8 L1 0.035 3.2p1 a 负 H2O+2e−=H2+O2-、CO2+2e-=CO+O2-

【解析】

(1)结合盖斯定律，把反应Ⅱ、Ⅲ加起来就得到反应Ⅳ，就可以计算∆H4；

(2)通过平衡移动原理、结合图示信息回答，结合反应速率、Kp的定义展开计算；

(3)结合平衡移动状态定义及原理移动原理展开判断；

(4)按反应类型判断电极类型及书写电极方程式；

(1)CO2的结构式为O=C=O，转化为电子式为：；

按盖斯定律可知ΔH4=ΔH2+ΔH3=+131.8 kJ·mol−1 −41.0 kJ·mol−1=+90.8kJ·mol−1；

答案为：；+90.8；

(2)①因为反应Ⅱ为吸热反应，恒温容器比绝热容器温度更高，转化率更高，容器内压

强更高，所以总压更高的L1为恒温容器；

答案为：L1；

②

根据PV=nRT可知，=，解得x=0.7，故mol·L−1·min−1=

0.035mol·L−1·min−1；

答案为：0.035；

③同理，利用三段式可以求得恒温条件下平衡时刻H2O(g)、CO(g)以及H2(g)的物质的量分别为0.2mol、0.8mol、0.8mol。Kp=；

答案为：3.2p1；

(3)a.在各个反应中CO的浓度为变量，则CO不再改变时，各反应均达到平衡,

b.缩小容积，各物质浓度和压强均增大，正逆反应速率均增大；

c.从平衡常数公式来看，与C(s)的浓度无关，忽视了建立平衡的前提是v(正)= v(逆)≠0，当所有C(s)都从平衡体系分离时，反应Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的v (正)=0