Question

【题目】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

【答案】（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。