Question

15．随着化石能源的减少，新能源的开发利用日益迫切．
（1）Bunsen热化学循环制氢工艺由下列三个反应组成：
SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）═2HI（g）+H₂SO₄（l）△H=a kJ•mol^-1
2H₂SO₄（l）═2H₂O（g）+2SO₂（g）+O₂（g）△H=b kJ•mol^-1
2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H=c kJ•mol^-1
则：2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）△H=（2a+b+2c）kJ•mol^-1
（2）甲醇制氢有以下三个反应：
CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）△H=+90.8kJ•mol^-1Ⅰ
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-43.5kJ•mol^-1Ⅱ
CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.0kJ•mol^-1Ⅲ
①当CH₃OH（g）、O₂（g）、H₂O（g）总进料量为1mol时，且n（CH₃OH）：n（H₂O）：n（O₂）=0.57：0.28：0.15，在0.1Mpa、473～673K温度范围内，各组分的平衡组成随温度变化的关系曲线如图甲．（图甲中Y₁表示各气体的体积分数，氧气的平衡浓度接近0，图中未标出）．下列说法正确的是AC．
A．在0.1Mpa、473～673K温度范围内，甲醇有很高的转化率
B．温度升高有利于氢气的制备
C．寻找在较低温度下的催化剂在本制氢工艺中至关重要
②已知反应Ⅱ在T₁℃时K=1，向恒容的密闭容器中同时充入1.0mol CO、3.0mol H₂O，达到平衡时CO的转化率为75%．在反应达到平衡后再向其中加入1.0mol CO、1.0mol H₂O、1.0mol CO₂和1.0mol H₂，此时该反应的v_正＞v_逆（填“＞”、“＜”或“﹦”）．

（3）一种以甲醇作燃料的电池示意图如图乙．写出该电池放电时负极的电极反应式：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）①A、依据图象分析甲醇体积分数很小，说明转化率高；
B、生成氢气的反应Ⅱ、Ⅲ都是放热反应，升温反应逆向进行，氢气量减小；
C、低温有利于氢气生成，但反应速率小，寻找催化剂可以提高反应速率；
②反应ⅡCO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-43.5kJ•mol^-1 ，依据平衡三段式列式计算转化率，依据浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向；
（3）燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，电解质是熔融金属氧化物，甲醇失电子生成二氧化碳．

解答 解：（1）①SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）=2HI （g）+H₂SO₄（l）△H=a kJ•mol^-1
②2H₂SO₄（l）=2H₂O（g）+2SO₂（g）+O₂（g）△H=b kJ•mol^-1
③2HI（g）=H₂（g）+I₂（g）△H=c kJ•mol^-1
依据盖斯定律①×2+②+③×2得到2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H=（2a+b+2c）KJ/mol，故答案为：（2a+b+2c）；
（2）①A、依据图象分析，在0.1MPa、473～673K温度范围内甲醇体积分数很小，说明转化率高，故A正确；
B、生成氢气的反应Ⅱ、Ⅲ都是放热反应，升温反应逆向进行，氢气量减小，故B错误；
C、低温有利于氢气生成，但反应速率小，寻找催化剂可以提高反应速率，寻找在较低温度下的催化剂在本制氢工艺中至关重要，故C正确：
故答案为：AC；　　
②依据化学平衡三段式计算列式得到，设CO反应量为x，气体体积为v
                  CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）     1       3        0        0
变化量（mol）    x        x         x       x
平衡量（mol）  1-x      3-x        x        x
K=$\frac{\frac{n（C{O}_{2}）}{V}×\frac{n（{H}_{2}）}{V}}{\frac{n（CO）}{V}×\frac{n（{H}_{2}O）}{V}}$=$\frac{{x}^{2}}{（1-x）（3-x）}$=1
x=0.75
CO转化率=75%；
平衡常数随温度变化，不随浓度改变，反应达到平衡后再向其中加入1.0mol CO、1.0mol H₂O、1.0mol CO₂和1.0mol H₂，则
      CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）
1-0.75+1  3-0.75+1   0.75+1    0.75+1
Qc=$\frac{1.7{5}^{2}}{1.25×3.25}$=0.75＜K，反应正向进行，正反应速率＞逆反应速率，
故答案为：75%；＞；
（3）甲醇作燃料的电池示意图中电解质是金属氧化物，甲醇失电子结合氧离子生成二氧化碳，结合电子守恒原子守恒写出负极电极反应为：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素的分析判断，三段式计算的应用，平衡常数计算与计算分析，原电池电极反应书写方法，题目难度中等．