Question

焦炭与CO、H₂均是重要的能源，也是重要的化工原料．
（1）已知C、H₂、CO的燃烧热（△H）分别为-393.5kJ?mol^-1、-285.8kJ?mol^-1、-283kJ?mol^-1，又知水的气化热为+44kJ/mol．
①焦炭与水蒸气反应生成CO、H₂的热化学方程式为

 

．
②若将足量焦炭与2mol水蒸气充分反应，当吸收能量为191.7kJ时，则此时H₂O（g）的转化率为

 

．
（2）将焦炭与水蒸气置于容积为2L的密闭容器中发生反应：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），其中H₂O、CO的物质的量随时间的变化曲线如图所示．
①第一个平衡时段的平衡常数是

 

，若反应进行到2min时，改变了温度，使曲线发生如图所示的变化，则温度变化为

 

（填“升温”或“降温”）．
②反应至5min时，若也只改变了某一个条件，使曲线发生如图所示的变化，该条件可能是下述中的

 

．
a．增加了Cb．增加了水蒸气c．降低了温度d．增加了压强
（3）假设（2）中反应在第2min时，将容器容积压缩至1L，请在上图中绘制出能反映H₂O、CO物质的量变化趋势的图象．
（4）若以CO、O₂、K₂CO₃等构成的熔融盐电池为动力，电解400mL饱和食盐水，则负极上的电极反应式为

 

，当有5.6g燃料被消耗时，电解池中溶液的pH=

 

（忽略溶液的体积变化，不考虑能量的其它损耗）．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的计算,电解原理

专题：

分析：（1）①由C、H₂、CO的燃烧热（△H）分别为-393.5kJ?mol^-1、-285.8kJ?mol^-1、-283kJ?mol^-1，以及水的气化热为+44kJ/mol，可得①C（s）+O₂（g）═CO₂（g），△H=-393.5 kJ/mol；②H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l），△H=-285.8kJ/mol；③CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g），△H=-283.0kJ?mol^-1；④H₂O（g）=H₂O（l），△H=-44kJ/mol；根据盖斯定律，将①+④-②-③可得碳与水蒸气反应的热化学方程式；
②根据热化学方程式以及反应中放出的热量计算参加反应的水蒸气，再根据转化率=

已转化的物质的量

起始总物质的量

×100%计算；
（2）①根据图象可知，在第一个平衡时段的CO的物质的量为0.2mol，则此时生成的H₂也是0.2mol，反应体系中水的物质的量为1.2mol，可得知物质的平衡浓度，再根据K=

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

计算，反应进行至2min时，根据图象知，相同时间内，水和一氧化碳的物质的量变化量大于0-1min内，说明反应速率增大，根据温度对反应速率、化学平衡的移动的影响分析；
②反应至第5min时，CO的物质的量不变，水的物质的量增大，说明改变的量是水的物质的量；
（3）将容器容积压缩至1L，压强增大，反应速率变大且平衡逆向移动，H₂O的物质的量在原来的基础上会增大、CO物质的量在原来的基础上会减小；
（4）该燃料电池中，通入CO的电极为负极，负极上CO失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，通入O₂的电极为正极，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，根据电子得失守恒计算电解食盐水中产生的氢氧根离子的物质的量，进而确定pH值，据此答题．

解答： 解：（1）①由C、H₂、CO的燃烧热（△H）分别为-393.5kJ?mol^-1、-285.8kJ?mol^-1、-283kJ?mol^-1，以及水的气化热为+44kJ/mol，可得①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5 kJ/mol；②H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；③CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1；④H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ/mol，根据盖斯定律，将①+④-②-③可得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol，
故答案为：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol；
②根据热化学方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=+131.3kJ/mol，当吸收能量为191.7kJ时，参加反应的水蒸气的物质的量为

191.7kJ

131.3kJ/mol

=1.46mol，所以水的转化率=

1.46

2

×100%=73%，
故答案为：73%；
（2）①根据图象可知，在第一个平衡时段的CO的物质的量为0.2mol，则此时生成的H₂也是0.2mol，反应体系中水的物质的量为1.2mol，容积为2L，所以此时CO的平衡浓度为0.1mol/L，H₂的平衡浓度为0.1mol/L，H₂O的平衡浓度为0.6mol/L，则K=

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

=

0.1×0.1

0.6

=0.017，
应进行至2min时，根据图象知，相同时间内，水和一氧化碳的物质的量变化量大于0-1min内，说明反应速率增大，水蒸气的物质的量减少，一氧化碳的物质的量增加，说明平衡向正反应方向移动，而该反应为吸热反应，则该改变的条件只能是升高温度，
故答案为：0.017；升温； 
②反应至第5min时，CO的物质的量不变，水的物质的量增大，说明改变的量是增加水的物质的量，随反应进行水蒸气减小，一氧化碳增大，平衡正向进行；
A、增加了C是固体，不影响化学平衡，故A错误；
B、增加了水蒸气，5min时，CO的物质的量不变，水的物质的量增大，故B正确；
C、反应是吸热反应，降低了温度平衡逆向进行，图象不符合，故C错误；
D、增加了压强，平衡逆向进行，不符合图象变化，故D错误；
故答案为：B；
（3）将容器容积压缩至1L，压强增大，反应速率变大且平衡逆向移动，H₂O的物质的量在原来的基础上会增大、CO物质的量在原来的基础上会减小，所以H₂O、CO物质的量变化趋势的图象为，故答案为：；
（4）该燃料电池中，通入CO的电极为负极，负极上CO失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，负极反应式为CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂，当有5.6g（即0.2mol）CO被消耗时，电路中流过的电子的物质的量为0.4mol，根据电解方程式2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑～2e^-可知，电解池中产生的氢氧化钠的物质的量为0.4mol，所以氢氧化钠的浓度为

0.4

0.4

mol/L=1mol/L，所以溶液的pH=14，
故答案为：CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂；14．

点评：本题考查了热化学方程式、影响化学反应速率和化学平衡移动的因素、电极反应式的书写、电解池的计算等知识点，明确盖斯定律和化学平衡移动原理及电子得失守恒是解题目的关键，题目难度中等．