Question

（2012?煙臺(tái)一模）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(yīng)是將固體煤變?yōu)闅怏w燃料的方法．已知：①C（s）+O₂ （g）═CO₂ （g）△H=-393.5 kJ?mol-1   ②CO（g）+

1

2

O₂ （g）═CO₂（g）△H=-283.0 kJ?mol-1  ③H₂（g）+

1

2

O₂ （g）═H₂O （g）△H=-241.8 kJ?mol-1則碳與水蒸氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是

C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1

，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K隨溫度的升高將

增大

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）CO可以與H₂O（g）進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0．在甲、乙兩個(gè)恒容密閉容器中，起始時(shí)按照下表數(shù)據(jù)進(jìn)行投料，在800℃時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，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

①起始時(shí)，甲容器中反應(yīng)向

逆反應(yīng)

（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）方向進(jìn)行；平衡時(shí)，乙容器中CO的轉(zhuǎn)化率為

50%

．
②如圖表示上述反應(yīng)在t₁時(shí)刻達(dá)到平衡，在t₂時(shí)刻因改變某個(gè)條件而發(fā)生變化的情況．則t₂時(shí)刻發(fā)生改變的所有可能的條件是

降低溫度、增加水蒸氣濃度或減小氫氣濃度

．
（3）以CO為燃料制作燃料電池，電池的正極通入O₂和CO₂，負(fù)極通入CO，電解質(zhì)是熔融碳酸鈉，工作時(shí)負(fù)極反應(yīng)式為

CO+CO₃^2-→2CO₂+2e^-

，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(biāo)準(zhǔn)狀況下）

6.72

L．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（2）①根據(jù)已知濃度求出Qc，然后與K比較；令參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為nmol，根據(jù)三段式表示出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，故用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)列方程計(jì)算；
②根據(jù)CO₂濃度和CO濃度變化，判斷平衡移動(dòng)，再判斷改變的條件；
（3）依據(jù)電池中是燃料做原電池的負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣做正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)再結(jié)合電解質(zhì)書(shū)寫(xiě)，依據(jù)電子守恒計(jì)算需要的氧氣；

解答：解：（1）在25℃、101kPa時(shí)，H₂與O₂化合生成1mol H₂O（g）放出241.8kJ的熱量，其熱化學(xué)方程式為：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8 kJ/mol，
已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
②CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ/mol
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8 kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①-③-②得C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1，由于該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以升高溫度平衡正移，K增大；
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1，增大；
（2）①甲容器中：Qc=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

=

0.1×0.5

0.3×0.1

=

5

3

＞1=K，所以反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行；
令參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為nmol，則：
          CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開(kāi)始（mol）：0.1   0.1       0       0
變化（mol）：n      n        n       n
平衡（mol）：0.1-n  0.1-n     n       n
由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故

n×n

(0.1-n)(0.1-n)

=1，解得n=0.05，故CO的轉(zhuǎn)化率為

0.05mol

0.1mol

×100%=50%，
②在t₂時(shí)刻因改變條件，CO₂濃度逐漸增大，CO濃度逐漸減小，所以平衡正移，又因?yàn)椤鱄＜0，故改變條件為：降低溫度、增加水蒸氣濃度或減小氫氣濃度；故答案為：降低溫度、增加水蒸氣濃度或減小氫氣濃度．
（3）以CO為燃料制作燃料電池，電池的正極通入O₂和CO₂，負(fù)極通入CO，電解質(zhì)是熔融碳酸鹽，依據(jù)原電池反應(yīng)原理可知負(fù)極是一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳的過(guò)程，根據(jù)電解質(zhì)環(huán)境是熔融碳酸鹽和電子守恒得到負(fù)極電極反應(yīng)為：CO+CO₃^2-→2CO₂+2e^-； 
若使用該電池電解熔融Al₂O₃制取10.8g Al，結(jié)合電解反應(yīng)化學(xué)方程式計(jì)算，2Al₂O₃

通電  .

4Al+3O₂↑；n（Al）=

10.8g

27g/mol

=0.4mol
依據(jù)電子守恒得到：O₂～4e-～

4

3

Al，
則理論上需要氧氣物質(zhì)的量為0.3mol，氧氣的體積為（標(biāo)準(zhǔn)狀況下） 6.72L；故答案為：CO+CO₃^2-→2CO₂+2e^-；6.72

點(diǎn)評(píng)：本題考查本題考查了熱化學(xué)方程式，原電池原理的應(yīng)用，電解計(jì)算，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，化學(xué)方程式的電子守恒的計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．