c和水蒸气反应方程式吸热还是放热?

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wojiukan
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C(固)+ H₂O(g) ⇌ CO(g)+ H₂(g)(高温)

该反应需要在高温条件下进行,水煤气是一种由一氧化碳(CO)和氢气(H₂)组成的煤气,与传统的炉煤气相比,水煤气的氮气含量较低,且燃烧时的发热量更高,因其火焰呈蓝色而被称为蓝水煤气。

需要注意的是,C与水蒸气反应生成水煤气是一个吸热反应,根据能量最低原理,生成物(CO和H₂)的能量高于反应物(C和H₂O),因此该反应是吸热反应,实际操作中,C需要在灼热(红热)的状态下与水蒸气反应,才能有效生成水煤气。

碳在氧气中燃烧时,火焰呈现白色,碳在空气中燃烧则会发出红热的火焰,生成二氧化碳气体,若燃烧不充分,氧气不足,燃烧产物会是主要是一氧化碳气体。

用木炭制备一氧化碳是可行的,木炭在缺氧条件下燃烧,或者在红热的木炭上灌注水,可以有效制备含氢气和一氧化碳的水煤气混合物。

CO(g)+ H₂O(g) ⇌ CO₂(g)+ H₂(g)的焓变为-41 kJ/mol,该反应是放热反应。

根据盖斯定律,若已知反应①:C(s)+ H₂O(g) ⇌ H₂(g)+ CO(g),ΔH=131.5 kJ/mol;反应②:CO(g)+ H₂O(g) ⇌ CO₂(g)+ H₂(g),ΔH=-41 kJ/mol;则可以通过计算得出反应③:C(s)+ CO₂(g) ⇌ 2CO(g),ΔH=+172.5 kJ/mol。

对于CO(g)+ H₂O(g) ⇌ CO₂(g)+ H₂(g)的平衡常数K,需计算c(CO₂)与c(H₂)的比值与c(CO)与c(H₂O)的比值的关系,由于该反应是放热反应,升温会使平衡逆向进行,平衡常数K减小。

在该反应达到平衡状态时,正反应速率与逆反应速率相等,各物质的浓度和物质的量不再发生变化。

a.该反应前后气体计量数不变,无论是否达到平衡,容器中压强始终不变,因此a错误。

b.混合气体中c(CO)不变时,说明CO的生成量与消耗量相等,正逆反应速率相等,说明反应达到平衡状态,因此b正确。

c.正反应中H₂的生成速率与逆反应中H₂的消耗速率相等,说明H₂的正逆反应速率相等,说明反应达到平衡状态,因此c正确。

d.当c(CO₂)=c(CO)时,无法确定反应是否达到平衡状态,因其与反应物的初始浓度和转化率有关,因此d错误。

故答案为:b、c。

根据CO₂(g)+ H₂(g) ⇌ CO(g)+ H₂O(g)的反应方程式可知,参与反应的二氧化碳和一氧化碳的物质的量之比为1:1,若生成.08 mol CO,则消耗.08 mol CO₂,CO₂的转化率为80%。

CO(g)+ H₂O(g) ⇌ CO₂(g)+ H₂(g)是放热反应,其焓变为-41 kJ/mol,根据热化学方程式:
CO(g)+ ½O₂(g) ⇌ CO₂(g),ΔH=-283 kJ/mol;
H₂O(g) ⇌ ½O₂(g)+ H₂(g),ΔH=285.8 kJ/mol;
将两式相加得:CO(g)+ H₂O(g) ⇌ CO₂(g)+ H₂(g),ΔH=-41.2 kJ/mol。

CO与水反应生成氢气需要在高温条件下进行,化学方程式为:
CO(g)+ H₂O(g) ⇌ CO₂(g)+ H₂(g)(高温)

一氧化碳是一种无色、无臭、无刺激性的气体,其相对分子质量为28.01,密度为1.25 g/L,熔点为-205.1℃,沸点为-191.5℃,CO极难溶于水,与空气混合时的爆炸极限为12.5%~74.2%,CO具有毒性,可能引起严重的健康危害,CO在冶金、化学、石墨电极制造、家用煤气系统、汽车尾气处理等领域有重要应用。

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