Question

8．為了減少CO對(duì)大氣的污染，某學(xué)習(xí)小組擬研究CO和H₂O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為綠色能源H₂
（1）已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）；△H=-566kJ•moL^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）；△H=-483.6KJ•moL^-1
H₂O （g）═H₂O（l）；△H=-44.0KJ•moL^-1
寫出CO和H₂O（g）作用生成CO₂和H₂的熱化學(xué)方程式CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1
（2）在850℃時(shí)，反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的K=1．
①：若升高溫度到950℃時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)K＜1（填“＞”、“＜”或“=”）．
②：850℃時(shí)，若向一容積可變的密閉容器中同時(shí)充入1.0mol CO，3.0mol H₂O，1.0mol CO₂和x mol H₂，若要使上述反應(yīng)開始時(shí)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則x應(yīng)滿足的條件是x＜3．
③：在②的條件下，按下列加料方式加料，達(dá)到平衡時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)如下：

	加料方式（mol）				H2的體積分?jǐn)?shù)
物質(zhì)	CO（g）	H2O（g）	CO2（g）	H2（g）
加料一	1	3	0	0	a%
加料二	0	1.2	0.6	0.6	b%

則：a=b（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）H₂是一種理想的綠色能源，可作燃料電池．
①若該氫氧燃料電池以KOH為電解質(zhì)溶液，其正極的電極反應(yīng)式是O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-
②在25℃時(shí)，以氫氧燃料電池為電源，用石墨電極電解1000mL一定濃度的CuSO₄溶液．5min后電解完全，在一個(gè)石墨電極上只有1.28g Cu生成．試回答下列問題：
電解的總反應(yīng)式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．
電解過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.08mol，同時(shí)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積為0.896L．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律，根據(jù)已知熱化學(xué)方程式乘以合適的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)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)的加減，據(jù)此書寫判斷；
（2）①反應(yīng)是放熱反應(yīng)升溫平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減��；
②若要使上述反應(yīng)開始時(shí)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，濃度商小于平衡常數(shù)計(jì)算判斷；
③將加料二的氫氣、二氧化碳轉(zhuǎn)化為CO和水，與加料一相比較，結(jié)合濃度對(duì)平衡移動(dòng)的影響判斷．
（3）①在氫氧燃料電池的正極上發(fā)生得電子的反應(yīng)，氧氣被還原生成氫氧根離子；
②電解硫酸銅時(shí)，陽極上是氫氧根放電，陰極上是銅離子放電，
電解硫酸銅時(shí)，陰極上是銅離子先放電，兩極生成體積相同的氣體，即陰極上：Cu²⁺+2e^-→Cu，2H⁺+2e^-→H₂↑，當(dāng)該電極上有1.28g Cu生成時(shí)，轉(zhuǎn)移電子為$\frac{1.28g}{64g/mol}$×2=0.04mol，陽極上是氫氧根放電，即4OH^-→O₂↑+2H₂O+4e^-，當(dāng)兩極生成體積相同的氣體時(shí)，則轉(zhuǎn)移電子是一樣的，所以共轉(zhuǎn)移0.08mol電子，此時(shí)陰極上產(chǎn)生氫氣是0.02mol，陽極上產(chǎn)生氧氣是0.02mol，兩極上生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積為0.04mol×22.4L/mol=0.896L．

解答 解：（1）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•moL^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6KJ•moL^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②得2CO（g）+2H₂O（g）=2H₂（g）+2CO₂（g）△H=-566kJ•moL^-1-（-483.6KJ•moL^-1）=-82.4KJ•moL^-1．
即CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1．
故答案為：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1；
（2）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H＜0，在850℃時(shí)，平衡常數(shù)K=1，升溫到950℃時(shí)，平衡常數(shù)隨溫度變化，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，K＜1；
故答案為：K＜1；
②850℃時(shí)，若向一容積可變的密閉容器中同時(shí)充入1.0mol CO、3.0mol H₂O、1.0mol CO₂ 和x mol H₂，若要使上述反應(yīng)開始時(shí)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，說明此時(shí)的濃度商小于平衡常數(shù)，
則Q=$\frac{1.0×x}{1.0×3.0}$＜1，
得到x＜3，
故答案為：x＜3；
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
一  1mol    3mol     0        0
二   0      1.2mol   0.6mol   0.6mol
可知二相當(dāng)于0.6molCO、1.8molH₂O，與一中n（CO）：n（H₂O）都是1：3，因反應(yīng)前后氣體的體積不變，則壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)沒有影響，所以達(dá)到相同平衡狀態(tài)，則a=b，
故答案為：=；
（3）①在氫氧燃料電池的正極上發(fā)生得電子的反應(yīng)，即O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
②電解硫酸銅時(shí)，陽極上是氫氧根放電，陰極上是銅離子放電，
電解原理方程式為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
電解硫酸銅時(shí)，陰極上是銅離子先放電，兩極生成體積相同的氣體，即陰極上：Cu²⁺+2e^-→Cu，2H⁺+2e^-→H₂↑，當(dāng)該電極上有1.28g Cu生成時(shí)，轉(zhuǎn)移電子為$\frac{1.28g}{64g/mol}$×2=0.04mol，陽極上是氫氧根放電，即4OH^-→O₂↑+2H₂O+4e^-，當(dāng)兩極生成體積相同的氣體時(shí)，則轉(zhuǎn)移電子是一樣的，所以共轉(zhuǎn)移0.08mol電子，此時(shí)陰極上產(chǎn)生氫氣是0.02mol，陽極上產(chǎn)生氧氣是0.02mol，兩極上生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積為0.04mol×22.4L/mol=0.896L，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；0.08；0.896．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查學(xué)生熱化學(xué)、蓋斯定律的應(yīng)用、燃料電池和電解池的工作原等知識(shí)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析、計(jì)算能力的考查，屬于綜合知識(shí)的考查題，難度中等．