Question

焦炭与CO、H₂均是重要的能源，也是重要的化工原料。

已知C、H₂、CO的燃烧热分别为-393.5 kJ·mol^-1、-285.8kJ·mol^-1、-283 kJ·mol^-1，又知水的气化热为＋44 kJ／mol。

(1)①焦炭与水蒸气反应生成CO、H₂的热化学方程式为___________________。

②若将足量焦炭与2mol水蒸气充分反应，当吸收能量为191.7kJ时，则此时H₂O(g)的转化率为_________________。

(2)将焦炭与水蒸气置于容积为2L的密闭容器中发生反应：C(s)＋H₂O(g)CO(g)＋H₂(g)，其中H₂O、CO的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

①第一个平衡时段的平衡常数是______________，若反应进行到2 min时，改变了温度，使曲线发生如图所示的变化，则温度变化为___________（填“升温”或“降温”）。

②反应至5 min时，若也只改变了某一个条件，使曲线发生如图所示的变化，该条件可能是下述中的____。

a.增加了C    b.增加了水蒸气   c.降低了温度  d.增加了压强

(3)若以CO、O₂、K₂CO₃等构成的熔融盐电池为动力，电解400mL饱和食盐水，则电解反应的总方程式为______________________，当有5.6g燃料被消耗时，电解池中溶液的pH＝__________（忽略溶液的体积变化，不考虑能量的其它损耗）。

Answer

C(s) +H2O(g) =CO(g) +H2(g) △H=+131.3kJ/mol 73% 0.017 升温 b 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+C12↑ 14

【解析】（1）①由C、H2、CO的燃烧热（△H）分别为-393.5kJ•mol-1、-285.8kJ•mol-1、-283kJ•mol-1，以及水的气化热为+44kJ/mol，可得①C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-393.5 kJ/mol；②H2（g）+O2（g）═H2O（l）△H=-285.8kJ/mol；③CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ•mol-1；④H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJ/mol，根据盖斯定律，将①+④-②-③可得C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ/mol；
②根据热化学方程式C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g），△H=+131.3kJ/mol，当吸收能量为191.7kJ时，参加反应的水蒸气的物质的量为=1.46mol，所以水的转化率=×100%=73%；
（2）①根据图象可知，在第一个平衡时段的CO的物质的量为0.2mol，则此时生成的H2也是0.2mol，反应体系中水的物质的量为1.2mol，容积为2L，所以此时CO的平衡浓度为0.1mol/L，H2的平衡浓度为0.1mol/L，H2O的平衡浓度为0.6mol/L，则K===0.017；应进行至2min时，根据图象知，相同时间内，水和一氧化碳的物质的量变化量大于0-1min内，说明反应速率增大，水蒸气的物质的量减少，一氧化碳的物质的量增加，说明平衡向正反应方向移动，而该反应为吸热反应，则该改变的条件只能是升高温度； 
②反应至第5min时，CO的物质的量不变，水的物质的量增大，说明改变的量是增加水的物质的量，随反应进行水蒸气减小，一氧化碳增大，平衡正向进行；a．增加了C是固体，不影响化学平衡，故a错误；b．增加了水蒸气，5min时，CO的物质的量不变，水的物质的量增大，故b正确；c．反应是吸热反应，降低了温度平衡逆向进行，图象不符合，故c错误；d．增加了压强，平衡逆向进行，不符合图象变化，故d错误；故答案为b；

（3）该燃料电池中，通入CO的电极为负极，负极上CO失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，负极反应式为CO+CO32--2e-=2CO2，当有5.6g（即0.2mol）CO被消耗时，电路中流过的电子的物质的量为0.4mol，根据电解方程式2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑～2e-可知，电解池中产生的氢氧化钠的物质的量为0.4mol，所以氢氧化钠的浓度为mol/L=1mol/L，所以溶液的pH=14。

点睛：应用盖斯定律进行简单计算时，关键在于设计反应过程，同时注意：①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式)，结合原热化学方程式(一般2～3个)进行合理“变形”，如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数，然后将它们相加、减，得到目标热化学方程式，求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。②当热化学方程式乘、除以某一个数时，ΔH也应相应地乘、除以某一个数；方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“+”“－”符号，即把ΔH看作一个整体进行运算。③将一个热化学方程式颠倒书写时，ΔH的符号也随之改变，但数值不变。④在设计反应过程中，会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。