Question

【题目】煤的气化主要反应是煤中碳与水蒸气反应生成CO、H2等，回答下列问题：
（1）CO和H2分别与O2都可以设计成燃料电池，CO与O2设计成燃料电池（以熔融碳酸盐为电解质）负极的电极反应为
（2）在煤的气化获得的化工原料气中含有少量羰基硫（COS），能引起催化中毒、大气污染等，COS的电子式为羰基硫与烧碱溶液反应生成水和两种正盐的离子方程式为羰基硫的脱硫常用两种方法，其反应式分别为： ①氢解反应：COS（g）+H2（g）═H2S（g）+CO（g）△H1=+7kJ/mol
②水解反应：COS（g）+H2O（g）═H2S（g）+CO2（g）△H2
已知反应中相关的化学键键能数据如表

化学键	C=O（CO2）	C=O（COS）	C=S	H﹣S	H﹣O
键能（kJ/mol）	803	742	577	339	465

则△H2=kJ/mol
（3）脱硫处理后的CO和H2在催化剂作用下合成甲醇：CO2（g）+3H 2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H2=﹣90.14kJ/mol，该反应能自发的理由是 ． ①一定温度下，在两个容积都为VL的恒容密闭容器中，找如下方式反应物，一段时间后达到平衡

容器	甲	乙
反应物投入量	1molCO2、3molH2	mmolCO2、3mmolH2、 nmolCH3OH（g）、nmolH2O（g）

若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则n的取值范围为 ， 反应的平衡常数K= ．
②甲容器保持恒容，欲增大H2的平衡转化率，可采取的措施有（答两点即可）．

Answer 1

【答案】
（1）CO﹣2e﹣+CO32﹣=2CO2
（2）；COS+4NaOH=Na2S+Na2CO3+2H2O；﹣35
（3）该反应是焓减、熵减反应，低温时自发；0.4＜n≤1；0.046V2；增大CO的投入量、分离出甲醇、适当降温
【解析】解：（1）有电解质熔融液组成的CO和O2的燃料电池，而在负极上放电的是CO，故应为CO失电子结合CO32﹣生成CO2：负极反应为CO﹣2e﹣+CO32﹣=2CO2 ， 所以答案是：CO﹣2e﹣+CO32﹣=2CO2；（2）羰基硫分子与二氧化碳分子结构相似，均为直线型，其电子式为 ，羰基硫与烧碱溶液反应水和Na2S、Na2CO3 ， 反应为COS+4NaOH=Na2S+Na2CO3+2H2O，若某反应有4mol电子发生转移，则该反应吸收热量为14kJ，COS（g）+H2O（g）═H2S（g）+CO2（g）的焓变=（742+465×2）﹣（339+803）=﹣35kJ/mol；
所以答案是： ；COS+4NaOH=Na2S+Na2CO3+2H2O；﹣35；（3）已知CO2（g）+3H 2（g）CH3OH（g）+H2O（g）的△H2＜0、△S＞0，根据△G=△H﹣T△S，低温下△G＜0，反应能自发的进行，
所以答案是：该反应是焓减、熵减反应，低温时自发；
①设平衡时二氧化碳转化了xmol，

	CO2（g）+	3H2（g）	CH3OH（g）+	H2O（g），
开始1（mol）	1	3	0	0
变化1（mol）	X	3x	X	X
平衡1（mol）	1-x	3-3x	X	X
开始2	a	3a	n	N

则由题意可知： =0.8，解得x=0.4，
根据恒温恒容条件下的等效平衡的思想则有开始1和开始2为完全等效，即a+n=1，要使反应始终向逆向进行，则n＞x，故a的范围为0.4＜n≤1；
此反应的平衡常数K= = =0.046V2；
所以答案是：0.4＜n≤1；0.046V2；②对于反应CO2（g）+3H 2（g）CH3OH（g）+H2O（g）增大CO的投入量、分离出甲醇、适当降温均可使平衡正向移动，使H2的平衡转化率增大，
所以答案是：增大CO的投入量、分离出甲醇、适当降温．
【考点精析】通过灵活运用反应热和焓变和化学平衡状态本质及特征，掌握在化学反应中放出或吸收的热量，通常叫反应热；化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）即可以解答此题．