Question

利用碳和水蒸气制备水煤气的核心反应为：C(s)＋H₂O(g)⇌H₂(g)＋CO(g)

(1)已知碳(石墨)、H₂、CO的燃烧热分别为393.5kJ·mol^－1、285.8kJ·mol^－1、283kJ·mol^－1，又知H₂O(l)=H₂O(g)　ΔH＝＋44kJ·mol^－1，则C(s)＋H₂O(g)⇌CO(g)＋H₂(g)　ΔH＝___。

(2)在某温度下，在体积为1L的恒容密闭刚性容器中加入足量活性炭，并充入1mol H₂O(g)发生上述反应，反应时间与容器内气体总压强的数据如表：

时间/min	0	10	20	30	40
总压强/100kPa	1.0	1.2	1.3	1.4	1.4

①平衡时，容器中气体总物质的量为________mol，H₂O的转化率为________。

②该温度下反应的平衡分压常数K_p＝________kPa(结果保留2位有效数字)。

(3)保持25℃、体积恒定的1L容器中投入足量活性炭和相关气体，发生可逆反应C＋H₂O(g)⇌CO＋H₂并已建立平衡，在40 min时再充入一定量H₂，50min时再次达到平衡，反应过程中各物质的浓度随时间变化如图所示：

①40min时，再充入的H₂的物质的量为________mol。

②40～50 min内H₂的平均反应速率为________mol·L^－1·min^－1。

(4)新型的钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na₂S_x)分别作为两个电极的反应物，固体Al₂O₃陶瓷(可传导Na^＋)为电解质，其原理如图所示：

①放电时，电极A为________极，S发生________反应（填“氧化”或“还原”）。

②充电时，总反应为Na₂S_x=2Na＋S_x(3<x<5)，Na所在电极与直流电源________极相连，阳极的电极反应式为_________。

Answer

＋131.3 kJ·mol－1 1.4 40% 27 6 0.1 负 还原 负 Sx2--2e-=Sx

【解析】

(1)已知碳(石墨)、H2、CO的燃烧热分别为393.5kJ·mol－1、285.8kJ·mol－1、283kJ·mol－1，则

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

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

(2)根据方程式可知

压强之比是物质的量之比，则(1－x+x+x):1＝1.4:1，解得x＝0.4；

①根据以上分析可知平衡时，容器中气体总物质的量为1.4mol，H2O的转化率为40%。

②该温度下反应的平衡分压常数Kp＝≈27kPa。

(3)①设50min时H2的物质的量为x mol，温度不变平衡常数不变，由于容积是1L，则根据图像可知平衡常数K=，解得x＝8，由于CO的变化量是1mol，所以40min时再充入的H2的物质的量为8mol+1mol－3mol＝6mol。

②由于氢气的变化量是1mol，所以40～50 min内H2的平均反应速率为＝0.1mol·L－1·min－1。

(4)①放电时钠失去电子，则电极A为负极，电极B是正极，则S发生还原反应。

②放电时钠失去电子，则电极A为负极，充电时，Na所在电极是阴极，与直流电源负极相连；阳极发生失去电子的氧化反应，则根据总反应为Na2Sx=2Na＋Sx(3＜x＜5)可知，阳极电极反应式为Sx2--2e-=Sx。