(2014•浙江模拟)最近,我国大部分地区多次出现雾霾天气,一个重要的原因是燃煤、机动车尾气排放等,进行煤的综合利用,使

(2014•浙江模拟)最近,我国大部分地区多次出现雾霾天气,一个重要的原因是燃煤、机动车尾气排放等,进行煤的综合利用,使用清洁能源有利于减少环境污染.以下是对煤进行处理的方法:
(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气,其反应为:
C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g)△H=+131.3kJ•mol-1,该反应在______下能自发进行(填“高温”或“低温”);
(2)合成氨工业原料气的来源之一水煤气法,在催化剂存在条件下有下列反应:
H2O(g)+CO(g)⇌CO2(g)+H2(g),控制反应条件CO转化率随氢碳比的变化如图甲所示:

①该反应△H______0(填“>”或“<”);
②对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作KP),则该反应的KP=
P(CO2)P(H2)
P(CO)P(H2O)
P(CO2)P(H2)
P(CO)P(H2O)
,提高
H2O(气)
CO
比,则KP______(填“变大”、“变小”或“不变”),实际上,在使用铁镁催化剂的工业流程中,一般采用400℃左右,H2O(气):CO=3~5:1;其原因可能是______.
③将1mol CO和1mol H2O(g)充入某固定容积的反应器,在某条件下达到平衡,此时有[2/3]的CO转化为CO2.在t1时,再充入1mol H2O(g),请在该图乙中画出t1时刻后CO2的体积分数变化趋势曲线.
(3)用半水煤气(CO、H2)来合成甲醇汽油可以有效的减少汽车尾气中CO的含量.如图丙是甲醇燃料电池原理示意图,回答下列问题:
电池的负极是______(填“a”或“b”)电极,该极的电极反应是:______.
红灯 2020-09-12 悬赏5金币 已收到1个回答

龙卷风

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解题思路:(1)根据△G=△H-T△S判断,△G<0,反应自发进行;
(2)①结合图象根据其他条件相同时,温度升高,平衡向吸热的方向移动;
②将化学平衡常数中的浓度c换成压强P就可以得到KP;根据平衡常数只与温度有关,与浓度无关;
投料比太低,CO的转化率不太高,投料比太高,经济上不合算以及考虑催化剂的活性来解答;
③根据三段式解题法,求出平衡时各组分的物质的量,求出平衡时CO2的体积分数;假设加入1mol水蒸气时平衡不移动,求出此时CO2的体积分数,设1molCO完全转化,求出CO2的最大体积分数,从而得出CO2 体积分数范围,最后作图;
(3)根据燃料电池中燃料在负极发生反应,氧气在正极发生反应;甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水.

(1)由热化学反应方程式可知,该反应为焓增、熵增过程,即△H>0、△S>0,必须满足△G=△H-T△S<0反应才能自发进行,所以在高温下能够自发进行;
故答案为:高温;
(2)①结合图象可知,升高温度,CO的转化率降低,平衡逆向移动,而其他条件相同时,温度升高,平衡向吸热的方向移动,即正反应为放热反应,△H<0;
故答案为:<;
②CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g),对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度也可以表示平衡常数(记作Kp),反应的平衡常数=
P(CO2)P(H2)
P(CO)P(H2O);平衡常数只与温度有关,与浓度无关,所以提高
H2O(气)
CO比,则KP不变;
故答案为:
P(CO2)P(H2)
P(CO)P(H2O);不变;
③由图象可知,投料比太低,CO的转化率不太高,而投料比3~5:1时转化率已经很高达到96%~98%,再增加投料比,需要大大的增加蒸汽添加量,这样在在经济上不合算,催化剂的活性温度在400℃左右,所以一般采用400℃左右,H2O(气):CO=3~5:1;
故答案为:投料比太低,CO的转化率不太高,而投料比3~5:1时转化率已经很高达到96%~98%,再增加投料比,需要大大的增加蒸汽添加量,这样在在经济上不合算,催化剂的活性温度在400℃左右;
③CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g)
起始(mol):1 1 0 0
转化(mol):[2/3] [2/3] [2/3] [2/3]
平衡(mol):[1/3] [1/3] [2/3] [2/3]
反应前后气体的体积不变,所以平衡时,混合气体的总的物质的量为1mol+1mol=2mol,
所以平衡混合物中CO2的体积分数为

2
3mol
2mol×100%=33.3%;
假设加入1mol 水蒸气时平衡不移动,此时CO2

2
3mol
3mol=[2/9] 即22.2%,设1molCO完全转化,生成1molCO2 占[1mol/3mol]=[1/3]即33.3%,所以CO2体积分数在22.2%~33.3%之间,要比原平衡低,图象为:

答:t1时刻后CO2的体积分数变化趋势曲线为:
(3)由图可知,在a极燃料甲醇发生反应,所以负极是a

点评:
本题考点: 反应热和焓变;化学电源新型电池;物质的量或浓度随时间的变化曲线;产物的百分含量随浓度、时间的变化曲线.

考点点评: 本题考查了反应的自发性、外界条件对化学平衡的影响、图象分析判断的方法、平衡三段法的计算、原电池原理的分析判断和电极反应的分析判断,掌握基础是解题的关键,题目难度中等.

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