Question

科学家开发出一种“洁净煤技术”，通过向地下煤层“气化炉”中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出高热值的煤炭气，其主要成分是CO和H₂．“气化炉”中发生的主要反应有：
C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ?mol^-1
（1）“气化炉”中CO₂与C反应转化为CO，该反应的热化学方程式是

 

（2）用煤炭气合成甲醇的反应为：CO（g）+H₂（g）?CH₃OH（g）．在密闭容器中，将CO和H₂按一定的物质的量混合，进行反应，如图1是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．
①生成甲醇的反应是

 

反应（填“放热”或“吸热”）．
②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，如图2中3个图中，既正确又能说明反应在t₁时刻达到平衡状态的是

 

（填正确答案标号） 

③在不改变原料用量的前提下，为提高CO的转化率，可以采取的措施是

 

（答对一种措施即可）．
（3）近年来，中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术研究方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及上推式电堆，甲醇燃料电池的工作原理如图3所示．
 ①该电池工作时，b口通入的物质为

 

，c口通入的物质为

 

．
 ②该电池正极的电极反应式为

 

．
 ③工作一段时间后，当6.4克甲醇完全反应生成CO₂时，转移的电子数目为

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡建立的过程,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式；
（2）①分析图象，先拐先平，温度高，一氧化碳转化率随温度升高减小，平衡逆向进行；
②a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化；
b、t₁时刻后二氧化碳、CO的物质的量发生变化，最后不再变化；
c、到达平衡后各组分的含量不发生变化；
③温度升高，CO的转化率降低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；增大压强，平衡向正反应方向移动；
（3）①根据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，左侧电极为负极，负极上通入燃料；
②负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应；
③根据甲醇和转移电子之间的关系式计算．

解答： 解：（1）已知：①C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1，②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ?mol^-1，
利用盖斯定律将①-②可得C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H=+172.5 kJ?mol^-1，
故答案为：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H=+172.5 kJ?mol^-1；
（2）①分析图象，先拐先平，温度高，T₂＞T₁，一氧化碳转化率随温度升高减小，平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正反应为放热反应；
故答案为：放热；
②a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t₁时刻V_正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故a错误；
b、t₁时刻后二氧化碳、CO的物质的量发生变化，t₁时刻未到达平衡状态，故b错误；
d、NO的质量分数为定值，t₁时刻处于平衡状态，故c正确，
故答案为：c；
③增大反应物的转化率，只能使平衡向正向移动，而影响平衡移动的因素只有三个，温度、压强、浓度，本题只能是降温或加压，或分离出甲醇；
故答案为：降温或加压；
故答案为：降低温度（或增大压强、分理出甲醇等）；
（3）①据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，c口通氧气，左侧电极为负极，b口为负极上通入燃料甲醇，故答案为：CH₃OH，O₂；
②正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂↑+12H⁺，故答案为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
③根据2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺知，甲醇和转移电子之间的关系式得，当6.4g甲醇完全反应生成CO₂时，转移电子的物质的量=

6.4g

32g/mol

=1.2mol，则转移电子个数为1.2N_A，
故答案为：1.2N_A；

点评：本题考查了盖斯定律求焓变、化学平衡影响因素、原电池原理分析判断，化学反应速率概念计算应用，注意平衡的条件分析和原电池电极名称是解题关键，题目难度中等．