Question

“富煤、貧油、少氣”是我國能源發(fā)展面臨的現(xiàn)狀．隨著能源的日益緊張，發(fā)展“煤化工”對我國能源結構的調整具有重要意義．下圖是煤化工產業(yè)鏈之一．

“潔凈煤技術”研究在世界上相當普遍，科研人員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(xù)產出熱值很高的煤炭合成氣，其主要成分是CO和H₂．CO和H₂可作為能源和化工原料，應用十分廣泛．
（1）已知：
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ/mol①
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₂=+131.3kJ/mol②
則反應CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=H₂O（g）+CO₂（g），△H=______kJ/mol．在標準狀況下，33.6L的煤炭合成氣與氧氣完全反應生成CO₂和H₂O，反應過程中轉移______mol e^-．
（2）在一恒容的密閉容器中，由CO和H₂合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
①下列情形能說明上述反應已達到平衡狀態(tài)的是______
a．體系壓強保持不變
b．密閉容器中CO、H₂、CH₃OH（g）3種氣體共存
c．CH₃OH與H₂物質的量之比為1：2
d．每消耗1mol CO的同時生成2molH₂
②CO的平衡轉化率（α）與溫度、壓強的關系如下圖所示．

A、B兩點的平衡常數______（填“前者”、“后者”或“一樣”）大；達到A、C兩點的平衡狀態(tài)所需的時間t_A______t_C（填“大于”、“小于”或“等于”）．在不改變反應物用量的情況下，為提高CO的轉化率可采取的措施是______（答出兩點即可）．
（3）工作溫度650℃的熔融鹽燃料電池，是用煤炭氣（CO、H₂）作負極燃氣，空氣與CO₂的混合氣體為正極燃氣，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔點混合物做電解質，以金屬鎳（燃料極）為催化劑制成的．負極的電極反應式為：CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O；則該電池的正極反應式為______．

Answer 1

【答案】分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律來計算得到；依據n=計算物質的量結合化學方程式的電子轉移計算；
（2）①化學反應達到平衡的標志是正逆反應速率相同，各成分難度保持不變；
②A、B點是同溫度下的平衡，轉化率變化，但平衡常數不變，C點溫度高速率達，達到平衡所需要的時間短；提高CO的轉化率可采取的措施是改變條件促使平衡正向進行；
（3）燃料電池中燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應；
解答：解：（1）C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ/mol①
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₂=+131.3kJ/mol②
依據蓋斯定律①-②得到
CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=H₂O（g）+CO₂（g），△H=-524.8KJ/mol；
在標準狀況下，33.6L的煤炭合成氣物質的量為1.5mol，與氧氣完全反應生成CO₂和H₂O，反應過程中2mol合成氣完全反應電子轉移4mol，所以1.5mol合成氣反應轉移電子3mol；
故答案為：-524.8； 3；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），圖象分析溫度越高，一氧化碳轉化率減小，逆向進行，正反應是放熱反應；
①a．反應前后氣體體積發(fā)生變化，壓強不變，體系壓強保持不變，說明反應達到平衡，故a正確；
b．化學平衡是可逆反應，不能進行徹底，密閉容器中CO、H₂、CH₃OH（g）3種氣體共存不能證明反應達到平衡，故b錯誤；
c．CH₃OH與H₂物質的量之比為1：2是反應比，不能證明反應達到平衡，故c錯誤；
d．每消耗1mol CO的同時生成2molH₂，說明正逆反應速率相同，證明反應達到平衡，故d正確；
故答案為：a d；
②依據圖象分析可知AB是同溫度下的平衡，平衡常數隨溫度變化，所以平衡常數不變；達到A、C兩點的平衡狀態(tài)所需的時間，C點溫度高反應速率快達到反應速率需要的時間短，t_A＞t_C，反應是氣體體積減小的放熱反應，提高CO的轉化率可采取的措施是降溫、加壓、分離出甲醇；
故答案為：一樣； 大于；降溫、加壓、將甲醇從混合體系中分離出來；
（3）燃料電池中燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應，空氣與CO₂的混合氣體為正極燃氣，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔點混合物做電解質，以金屬鎳（燃料極）為催化劑制成的，正極反應是氧氣得到電子發(fā)生還原反應，電極反應為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡標志判斷，圖象分析，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．