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1.科學家開發出一種“潔凈煤技術”,通過向地下煤層“氣化爐”中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法,連續產出高熱值的煤炭氣,其主要成分是CO和H2.“氣化爐”中主要反應有:
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)氣化爐中CO2與C反應轉化為CO,該反應的熱化學方程式是C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H=+172.5 kJ•mol-1
(2)用煤炭氣合成甲醇的反應為CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g).在密閉容器中,將CO和H2按物質的量1:2混合反應,CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示.
①生成甲醇的反應為放熱反應(填“放熱”或“吸熱”).
②圖中兩條曲線分別表示壓強為0.1MPa和5.0MPa下CO轉化率隨溫度的變化,其中代表壓強是5.0MPa的曲線是A(填“A”或“B”).
③在不改變反應物用量的前提下,為提高CO轉化率可采取的措施有降溫或加壓(答出一種即可).
④壓強為0.1MPa、溫度為200℃時,平衡混合氣中甲醇的物質的量分數是25%.
(3)某新型電池以熔融碳酸鹽作電解質,在650℃下工作,負極通入煤炭氣,正極通入空氣與CO2的混合氣.電池的正極反應式為O2+2CO2+4e-═2CO32-,負極反應式為CO+CO32--2e-═2CO2和H2+CO32--2e-=H2O+CO2

分析 (1)利用蓋斯定律,結合已知的熱化學方程式,
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H=+131.3 kJ•mol-1      ①
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=-41.2 kJ•mol-1       ②
①-②計算;
(2)溫度升高,CO的轉化率降低,說明升高溫度平衡向逆反應方向移動;增大壓強,平衡向正反應方向移動,則CO的轉化率增大;結合圖象,利用三段式法解答該題;
(3)煤炭氣的主要成分為CO2和H2,在燃料電池中,負極通入燃料,正極通入氧氣,熔融碳酸鹽作電解質,所以正極反應式為O2+2CO2+4e-=2CO32-,負極反應式為CO+CO32--2e-=2CO2和H2+CO32--2e-=H2O+CO2

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
利用蓋斯定律將①-②可得C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H=+172.5 kJ•mol-1
故答案為:C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H=+172.5 kJ•mol-1
(2)①由圖象可知,隨溫度的升高其轉化率降低,說明升溫時平衡逆向移動,正反應放熱,
故答案為:放熱;
②從方程式可知,反應物有3mol氣體,生成物有2mol氣體,所以壓強增大時平衡氣體體積減小的方向移動,即正向移動,在200℃時,轉化率高的壓強大,
故答案為:A;
③增大反應物的轉化率,即要使平衡向正向移動,而影響平衡移動的因素只有三個,溫度、壓強、濃度,本題只能是降溫或加壓,
故答案為:降溫或加壓;
④設加入COamol,則有H22amol
        CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g).
反應前(mol)  a    2a      0
反應了(mol) 0.5a   a      0.5a
平衡時(mol) 0.5a   a      0.5a
可求得:$\frac{0.5a}{0.5a+a+0.5a}$×100%=25%
故答案為:25%;
(3)煤炭氣的主要成分為CO2和H2,在燃料電池中,負極通入燃料,正極通入氧氣,熔融碳酸鹽作電解質,所以正極反應式為O2+2CO2+4e-=2CO32-,負極反應式為CO+CO32--2e-=2CO2和H2+CO32--2e-=H2O+CO2.故答案為:H2+CO32--2e-=H2O+CO2

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用,影響平衡的因素分析判斷,化學平衡移動原理是解題關鍵,題目難度中等,考查了學生的識圖能力以及基礎知識靈活運用的能力.

練習冊系列答案
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②NO2-(aq)+$\frac{1}{2}$O2(g)═NO3-(aq)
下列說法正確的是(  )
A.1mol的NH3和1mol的NH4+都有10×6.02×1023個質子
B.室溫下,NH4NO2溶液呈酸性,則說明Ka(HNO2)<Kb(NH3•H2O)
C.NH4+(aq)+2O2(g)═NO3-(aq)+2H+(aq)+H2O(l);△H=-346kJ/mol
D.在上述兩次轉化過程中,廢水的酸性先增大然后逐漸減弱

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(1)請完成下表:
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