Question

CO和H₂作為燃料和化工原料，有著十分廣泛的應(yīng)用．

（1）已知：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ?mol^-1
C（s）+H₂O（g）═CO（g）十H₂（g）△H₂=+131.3kJ?mol^-1
則反應(yīng)CO（g）+H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）+CO₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1
標(biāo)準(zhǔn)狀況下33.6L CO、H₂的混合氣體與足量氧氣充分反應(yīng)生成CO₂和H₂O，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移電子

 

mol．
（2）利用反應(yīng)CO（g）+H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）+CO₂（g）設(shè)計(jì)而成的MCFS燃料電池是一種新型電池．現(xiàn)以該燃料電池為電源，以石墨作電極電解飽和NaCl溶液，反應(yīng)裝置及現(xiàn)象如圖1所示．則①M(fèi)應(yīng)是電源的

 

極（填“正”或“負(fù)”）；②該電解反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

；③已知飽和食鹽水的體積為1L，一段時(shí)間后，測得左側(cè)試管中氣體體積為11.2mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），若電解前后溶液的體積變化忽略不計(jì)，電解后將溶液混合均勻，此時(shí)溶液的pH為

 

．
（3）在一密閉容器中充入10mol CO與20mol H₂，一定條件下可反應(yīng)生成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）l CO的轉(zhuǎn)化率（α）與溫度的關(guān)系如圖2所示．
①測得A點(diǎn)時(shí)容器的體積為10L．該溫度下的平衡常數(shù)K=

 

．
②在不改變反應(yīng)物用量的情況下，為提高CO轉(zhuǎn)化率可采取的措施是

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)①C（s）+O₂ （g）═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ?mol^-1；②C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₃=+131.3kJ?mol^-1兩個熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律，將①-②可得反應(yīng)CO（g）+H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）+CO₂（g）的反應(yīng)熱，根據(jù)CO、H₂參加的量計(jì)算轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目；
（2）用惰性電極電解飽和食鹽水陽極氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，陰極氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣；溶液中水的電離被促進(jìn)生成氫氧化鈉；電解NaCl結(jié)束后，再電解水2H₂O

通電  .

2H₂↑+O₂↑；用惰性電極電解飽和食鹽水時(shí)，陽極上氯離子放電，陰極上氫離子放電；根據(jù)氯氣和氫氧化鈉的關(guān)系式計(jì)算氫氧化鈉的物質(zhì)的量濃度，從而得出溶液的pH；
（3）①根據(jù)圖象判斷出A點(diǎn)時(shí)的各種物質(zhì)的濃度，用平衡常數(shù)的表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算；
②根據(jù)反應(yīng)的特征可從溫度、壓強(qiáng)、濃度等因素改變條件使平衡向正方向移動，從而提高轉(zhuǎn)化率；

解答：解：（1）根據(jù)①C（s）+O₂ （g）═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ?mol^-1；②C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₃=+131.3kJ?mol^-1兩個熱化學(xué)方程式，
利用蓋斯定律，將①-②可得反應(yīng)CO（g）+H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）+CO₂（g），△H=-393.5kJ?mol^-1-131.3kJ?mol^-1=-524.83kJ?mol^-1，
CO、H₂與氧氣反應(yīng)的方程式分別為：2CO++O₂

點(diǎn)燃  .

2CO₂；2H₂+O₂

點(diǎn)燃  .

2H₂O，從
方程式可以看出相同物質(zhì)的量的CO、H₂燃燒轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相等，所以標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO、H₂33.6L與氧氣反應(yīng)生成CO₂和H₂O轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為：

33.6L

22.4L/mol

=3mol，
故答案為：-524.8； 3；
（2）①用惰性電極電解飽和食鹽水，陽極氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，陰極氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣；溶液中水的電離被促進(jìn)生成氫氧化鈉；電解NaCl結(jié)束后，再電解水2H₂O

通電  .

2H₂↑+O₂↑，根據(jù)圖示1反應(yīng)裝置及現(xiàn)象可知M極連接的試管生成的氣體多，應(yīng)是電源的負(fù)極，
②用惰性電極電解飽和食鹽水時(shí)，陽極上氯離子放電，陰極上氫離子放電，同時(shí)溶液中還生成氫氧化鈉，所以電池反應(yīng)式為2NaCl+2H₂O 

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
③測得左側(cè)試管中氣體體積為11.2mL為氫氣，設(shè)氫氧化鈉的物質(zhì)的量濃度是xmol/L，
2NaCl+2H₂O 

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，轉(zhuǎn)移的電子       生成的氫氧化鈉
                      22.4L         2mol             2mol
                     0.0112L        xmol             Xmol
x=

2mol×0.0112L

22.4L

=0.001mol，已知飽和食鹽水的體積為1L，電解前后溶液的體積變化忽略不計(jì)，則C（H⁺）=

KW

C(OH-)

=

10-14

10-3

mol/L=10^-11mol/L，PH=-lgc(H+)=11，
故答案為：負(fù)；2NaCl+2H₂O 

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑； 11；
（3）①根據(jù)圖象可以看出，A點(diǎn)時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為50%，10mol CO轉(zhuǎn)化5mol，測得A點(diǎn)時(shí)容器的體積為10L，則平衡時(shí)各物質(zhì)的量濃度為：c（CO）=0.5mol/L；c（H₂）=1mol/L；c（CH₃OH）=0.5mol/L；所以平衡常數(shù)為=

c(CH3OH)

c(CO)×c2(H2)

=

0.5

12×0.5

（mol?L^-1）^-2=1（mol?L^-1）^-2，
故答案為：1（mol?L^-1）^-2；
②提高轉(zhuǎn)化率應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，根據(jù)反應(yīng)方程式的特征可明顯判斷出可采取的措施為：降溫、加壓，將甲醇從混合體系中分離出來，
故答案為：降溫、加壓，將甲醇從混合體系中分離出來；

點(diǎn)評：本題較為綜合，從多個角度考查蓋斯定律、電解池原理、溶液的pH計(jì)算、化學(xué)平衡等知識，正確推斷原電池正負(fù)極是解本題的關(guān)鍵，難點(diǎn)是計(jì)算溶液的pH，題目難度中等．