Question

【題目】煤的氣化是高效、清潔的利用煤炭的重要途徑之一。

（1）焦炭與水蒸氣反應是將固體煤變為氣體燃料的方法。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

則碳與水蒸氣反應生成一氧化碳和氫氣的熱化學方程式是 ，該反應的化學平衡常數K隨溫度的升高將 （填“增大”、“減小”或“不變”）。

（2）CO可以與H2O(g)進一步發生反應CO(g) + H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH＜0。在甲、乙兩個恒容密閉容器中，起始時按照下表數據進行投料，在800℃時達到平衡狀態，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

起始時，甲容器中反應向 （填“正反應”或“逆反應”）方向進行；平衡時，乙容器中CO的轉化率為 。

②右圖表示上述反應在t1時刻達到平衡，在t2時刻因改變某個條件而發生變化的情況。則t2時刻發生改變的所有可能的條件是 。

（3）以CO為燃料制作燃料電池，電池的正極入O2和CO2，負極通入CO，電解質是熔融碳酸鈉，工作時負極反應式為 ，若使用該電池電解熔融Al2O3制取10.8g Al，則理論上需要氧氣的體積為（標準狀況下） 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逆反應（2分）；50%（2分）②降低溫度、增加水蒸氣濃度或減小氫氣濃度．（2分）

（3）CO+CO32-＝2CO2+2e- （2分） 6.72（2分）

【解析】

試題分析：（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

則根據蓋斯定律可知①－②－③即得到碳與水蒸氣反應生成一氧化碳和氫氣的熱化學方程式是C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ/mol；正反應是吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向進行，因此該反應的化學平衡常數K隨溫度的升高將增大。

（2）①起始時，甲容器中濃度熵＝＞1，所以反應向逆反應方向進行；平衡時，乙容器中消耗CO的物質的量是x，由于反應前后體積不變，因此用物質的量代替濃度計算平衡常數，則，解得x＝0.1，所以CO的轉化率為50%。

②t2時CO2濃度逐漸增大，CO濃度逐漸減小，這是你平衡向正反應方向進行。由于正反應是體積不變的放熱反應，因此改變的條件可能是降低溫度、增加水蒸氣濃度或減小氫氣濃度；

（3）電解質是熔融碳酸鈉，工作時負極通入CO，所以電極反應式為CO－2e-+CO32-＝2CO2；若使用該電池電解熔融氧化鋁制取10.8g鋁，物質的量是10.8g÷27g/mol＝0.4mol，注意1.2mol，所以根據電子得失守恒可知需要氧氣是1.2mol÷4＝0.3mol，在標準狀況下的體積為0.3mol×22.4L/mol＝6.72L。