近年来，由于温室效应和资源短缺等问题，关于CO2和碳酸盐应用的研究受到人们的重视．某研究小组利用反应：CO（g）+H2O
近年来，由于温室效应和资源短缺等问题，关于CO2和碳酸盐应用的研究受到人们的重视．某研究小组利用反应：CO（g）+H2O（g）═H2（g）+CO2（g）△H=-41.2kJ/mol，制备CO2与H2 的混合气体，并进一步研究CO2与H2以不同的体积比混合时在合适条件下的反应产物应用．
（1）已知：850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中，通入一定量的CO和H2O，CO和H2O浓度变化如图1
下列说法正确的是______（填序号）
A．达到平衡时，氢气的物质的量是0.12mol
B．达到平衡时，反应体系最终会放出49.44kJ热量
C．在0-4min，混合气体的平均相对分子质量增大
D．第6min时，若升高温度，反应平衡常数会减小
E．第8min时，若充入氦气，会导致v正（CO）＜v逆（H2O）
（2）850℃时，若在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0mol CO，3.0mol H2O，1.0mol CO2和x mol H2．若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是______．
（3）如将H2 与CO2以4：1的体积比混合，在适当的条件下可制得CH4．已知：
CH4 （g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H1=-890.3kJ/mol
H2（g）+[1/2]O2（g）═H2O（l）△H2=-285.8kJ/mol则CO2（g）与H2（g）反应生成CH4（g）与液态水的热化学方程式是______．
（4）熔融盐燃料电池（见图2）是以熔融碳酸盐为电解质，以CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极．已知负极的电极反应是CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O．正极的电极反应是______．为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定．为此电池工作时必须有部分A物质参加循环，则A物质的化学式是______．实验过程中，若通入了标准状况下空气448L（假设空气中O2体积分数为20%），则熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH4______L．
（1）已知：850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中，通入一定量的CO和H2O，CO和H2O浓度变化如图1
下列说法正确的是______（填序号）
A．达到平衡时，氢气的物质的量是0.12mol
B．达到平衡时，反应体系最终会放出49.44kJ热量
C．在0-4min，混合气体的平均相对分子质量增大
D．第6min时，若升高温度，反应平衡常数会减小
E．第8min时，若充入氦气，会导致v正（CO）＜v逆（H2O）
（2）850℃时，若在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0mol CO，3.0mol H2O，1.0mol CO2和x mol H2．若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是______．
（3）如将H2 与CO2以4：1的体积比混合，在适当的条件下可制得CH4．已知：
CH4 （g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H1=-890.3kJ/mol
H2（g）+[1/2]O2（g）═H2O（l）△H2=-285.8kJ/mol则CO2（g）与H2（g）反应生成CH4（g）与液态水的热化学方程式是______．
（4）熔融盐燃料电池（见图2）是以熔融碳酸盐为电解质，以CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极．已知负极的电极反应是CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O．正极的电极反应是______．为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定．为此电池工作时必须有部分A物质参加循环，则A物质的化学式是______．实验过程中，若通入了标准状况下空气448L（假设空气中O2体积分数为20%），则熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH4______L．
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解题思路：（1）A．由图可知，平衡时△c（CO）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，利用浓度变化量之比等于化学计量数之比计算△c（H2），再根据n=cV计算n（H2）；
B．850℃时该反应的反应热△H≠-41.2kJ/mol；
C．随反应进行，混合气体总质量不变，总物质的量不变，平均相对分子质量不变；
D．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动；
E．恒容密闭容器中，若充入氦气，体积不变，各物质的浓度不变，速率不变；
（2）用x表示出浓度商Qc，平衡向正反应移动，应满足浓度商Qc＜k，据此计算判断；
（3）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以合适的系数进行加减，反应热也乘以相应的系数进行相应的计算；
（4）燃料电池中，正极发生的反应一定是氧气得电子的过程；电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳；在燃料电池和电解池的串联电路中，转移的电子数目是相同的．
B．850℃时该反应的反应热△H≠-41.2kJ/mol；
C．随反应进行，混合气体总质量不变，总物质的量不变，平均相对分子质量不变；
D．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动；
E．恒容密闭容器中，若充入氦气，体积不变，各物质的浓度不变，速率不变；
（2）用x表示出浓度商Qc，平衡向正反应移动，应满足浓度商Qc＜k，据此计算判断；
（3）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以合适的系数进行加减，反应热也乘以相应的系数进行相应的计算；
（4）燃料电池中，正极发生的反应一定是氧气得电子的过程；电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳；在燃料电池和电解池的串联电路中，转移的电子数目是相同的．
（1）A．由图可知，平衡时△c（CO）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，浓度变化量之比等于化学计量数之比，故△c（H2）=△c（CO）=0.12mol/L，故n（H2）=0.12mol/L×10L=1.2mol，故A错误；
B．生成1.2mol氢气，通常条件下放出的热量为41.2kJ×[1.2mol/1mol]=49.44kJ，850℃时该反应的反应热△H≠-41.2kJ/mol，故B正确；
C．由图可知4min时到达平衡，随反应进行，混合气体总质量不变，总物质的量不变，平均相对分子质量不变；所以混合气体的平均相对分子质量始终不变化，故C错误；
D．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，平衡常数减小，故D正确；
E．恒容密闭容器中，若充入氦气，体积不变，各物质的浓度不变，速率不变，故E错误；
故答案为：BD．
（2）由图可知，平衡时CO的浓度为0.08mol/L，则：
CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）
开始（mol/L）：0.2 0.3 0 0
变化（mol/L）：0.12 0.12 0.12 0.12
变化（mol/L）：0.08 0.18 0.12 0.12
故平衡常数k=[0.12×0.12/0.08×0.18]=1，
平衡向正反应方向移动，浓度商小于平衡常数，即Qc=
0.5×
x
2
0.5×1.5＜1，解得x＜3，
故答案为：x＜3；
（3）已知：①CH4 （g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H1=-890.3kJ/mol
②H2（g）+[1/2]O2（g）═H2O（l）△H2=-285.8kJ/mol
由盖斯定律，②×4-①得CO2（g）+4H2（g）═CH4 （g）+2H2O（l）△H=-252.9 kJ/mol
故答案为：CO2（g）+4H2（g）═CH4 （g）+2H2O（l）△H=-252.9 kJ/mol；
（4）料电池中，正极反应一定是氧气的电子的过程，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以电极反应为：O2+2CO2+4e-=2CO32- （或2O2+4CO2+8e-=4CO32-）；
电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳；
若通入了标准状况下空气448L（假设空气中O2体积分数为20%），则氧气的物质的量为4mol，根据电极反应为：O2+2CO2+4e-=2CO32-，所以转移电子的物质的量为16mol，根据电池的负极电极反应是CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O，当转移16mol电子时，消耗CH4 2mol，则CH4在（标准状况）的体积V=nVm=2mol×22.4L/mol=44.8L，
故答案为：O2+2CO2+4e-=2CO32-；CO2； 44.8．
点评：
本题考点： 物质的量或浓度随时间的变化曲线；反应热和焓变；化学电源新型电池．
考点点评： 本题考查化学平衡图象及有关计算、热化学方程式、原电池原理的应用及电子转移的计算等，涉及的知识点较多，侧重于考查学生对所学知识的综合应用能力，题目难度较大．
1年前
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