Question

水煤氣是一種高效氣體燃料，其主要成分是CO和H₂，可用水蒸氣通過熾熱的炭制得：C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ?mol^-1
（1）某溫度下，四個容器中均進(jìn)行著上述反應(yīng)，各容器中炭足量，其它物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度及正逆反應(yīng)速率關(guān)系如下表所示．請?zhí)顚懕碇邢鄳?yīng)的空格．

容器 編號	c（H2O） /mol?L-1	c（CO） /mol?L-1	c（H2） /mol?L-1	v正、v逆比較
I	0.06	0.60	0.10	v正=v逆
II	0.06	0.50	0.40	①
III	0.12	0.40	0.80	v正＜v逆
IV	0.12	0.30	②	v正=v逆

（2）另有一個容積可變的密閉容器．恒溫恒壓下，向其中加入1.0mol炭和1.0mol水蒸氣 （H₂O），發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時，容器的體積變?yōu)樵瓉淼?.25 倍．平衡時水蒸氣的轉(zhuǎn)化率為

25%

；向該容器中補充 a mol 炭，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率將

不變

（填“增大”、“減小”、“不變”）．
（3）在一定條件下用水煤氣能合成甲醇：CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g） 據(jù)研究，給合成甲醇反應(yīng)體系中通入少量CO₂有利于維持催化劑Cu₂O的量不變，原因是（用化學(xué)方程式表示）

Cu₂O+CO2Cu+CO₂

．
（4）熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，該電池用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，其中一極通入CO，另一極通入空氣和CO₂的混合氣體．根據(jù)上述信息，該燃料電池：負(fù)極反應(yīng)式為

2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂

；正極反應(yīng)式為

O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-

．

Answer 1

分析：（1）利用平衡常數(shù)計算，Ⅰ反應(yīng)v_正=v_逆，則達(dá)平衡狀態(tài)，K=

0.1×0.6

0.06

=1，計算出反應(yīng)的濃度冪之積，與平衡常數(shù)比較，然后進(jìn)行判斷；
（2）利用三段式法計算，固體對反應(yīng)速率和化學(xué)平衡都沒有影響，加入碳粉，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率不變；
（3）Cu₂O能被CO還原生成CO₂和Cu，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)；
（4）通入CO的一極為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂，通入空氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，
電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

解答：解：（1）利用平衡常數(shù)計算，Ⅰ反應(yīng)v_正=v_逆，則達(dá)平衡狀態(tài)，K=

0.1×0.6

0.06

=1，反應(yīng)Ⅱ中

0.5×0.4

0，06

＞1，則反應(yīng)未達(dá)到平衡，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則v_正＜v_逆，
反應(yīng)Ⅳv_正=v_逆，說明反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，則有

0.3×c(H2)

0.12

= 1，c（H₂）=0.4/mol?L^-1，故答案為：①v_正＜v_逆； ②0.40；
（2）設(shè)平衡時轉(zhuǎn)化水蒸氣為xmol，
       C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）
起始：1.0mol           0       0 
轉(zhuǎn)化：x               x       x
平衡：（1-x）             x       x

1-x+x+x

1

=1.25，x=0.25（mol），平衡時水蒸氣的轉(zhuǎn)化率為

0.25

1

×100%=25%，
固體對反應(yīng)速率和化學(xué)平衡都沒有影響，加入碳粉，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率不變，故答案為：25%；不變；
（3）Cu₂O能被CO還原生成CO₂和Cu，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，反應(yīng)體系中通入少量CO₂有利于維持催化劑Cu₂O的量不變，反應(yīng)為Cu₂O+CO2Cu+CO₂，
故答案為：Cu₂O+CO2Cu+CO₂；
（4）通入CO的一極為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂，通入空氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，
電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，故答案為：2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂； O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

點評：本題考查化學(xué)平衡計算，以及電化學(xué)知識，題目難度中等，本題注意平衡常數(shù)的利用．