Question

【題目】“低碳循環(huán)”引起各國的高度重視，已知煤、甲烷等可以與水蒸氣反應(yīng)生成以CO和H2為主的合成氣，合成氣有廣泛應(yīng)用．試回答下列問題：

（1）高爐煉鐵是CO氣體的重要用途之一，其基本反應(yīng)為：

FeO（s）+CO（g）Fe（s）+CO2（g）△H＞0．

已知在1100°C時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=0.263．

①溫度升高，平衡移動(dòng)后達(dá)到新平衡，此時(shí)平衡常數(shù)值________（填“增大”“減小”“不變”）；

②1100°C時(shí)測(cè)得高爐中，c（CO2）=0.025mol·L﹣1，c（CO）=0.1mol·L﹣1，則在這種情況下，該反應(yīng)這一時(shí)刻向__________進(jìn)行（填“左”或“右”）．

（2）目前工業(yè)上也可用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇CH3OH，有關(guān)反應(yīng)為：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），△H=﹣49.0KJmol﹣1，某溫度下，向體積為1L恒容密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，反應(yīng)過程中測(cè)得CO2和CH3OH（g）的濃度隨時(shí)間的變化如圖所示．

①反應(yīng)開始至平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H2）=__________，CO2的轉(zhuǎn)化率為_______．

該溫度下上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____________（分?jǐn)?shù)表示）．

②反應(yīng)達(dá)到平衡后，下列能使的值增大的措施是_________(填符號(hào))。

a．升高溫度 b．再充入H2 c．再充入CO2

d．將H2O（g）從體系中分離 e．充入He（g）

③以8g甲醇為燃料，足量O2為氧化劑，250ml 濃度為1mol/L的KOH溶液為電解質(zhì)溶液，可制成燃料電池（電極材料為惰性電極）．寫出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：_________________。

④有人提出，可以設(shè)計(jì)反應(yīng)2CO（g）=2C(s)+O2(g)（△H＞0）來消除CO的污染。請(qǐng)你判斷上述反應(yīng)是否能自發(fā)進(jìn)行并說明理由__________________________。

Answer 1

【答案】 增大 右 0.225 mol·（L·min）—1 75% L2/mol2 bd CH3OH ﹣6e— + 7OH— = HCO3—+ 5H2O 不能，因?yàn)樵摲磻?yīng)的△H＞0，△S<O △H-T△S＞0，不能自發(fā)進(jìn)行

【解析】（1）①由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以溫度升高，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，達(dá)到新的平衡時(shí)平衡常數(shù)K值增大；②1 100 ℃時(shí)測(cè)得高爐中，c(CO2)=0.025 mol·L-1，c(CO)=0.1 mol·L-1，則濃度熵Q= c(CO2)÷c(CO)=0.025 mol·L-1÷0.1 mol·L-1=0.25<0.263=K，所以在這種情況下，該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)；（2）①根據(jù)圖像可知：從反應(yīng)開始到平衡，V(CO2)=0.75mol/L÷10min=0.075mol/(L·min)，V(H2)=3V(CO2)= 0.225mol/(L·min)；CO2的轉(zhuǎn)化率為0.75/1.00×100%＝75%；平衡時(shí)氫氣、二氧化碳、甲醇和水蒸氣的物質(zhì)的量濃度分別是0.75mol/L、0.25mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L，所以該溫度下上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝；②a．升高溫度，平衡逆向移動(dòng)， 減小，a錯(cuò)誤；b．再充入H2使平衡正向移動(dòng)， 增大，b正確；c．再充入CO2 平衡正向移動(dòng)，但是Δc(CO2) 大于Δc(CH3OH)， 比值減小，c錯(cuò)誤；d．將H2O（g）從體系中分離，平衡正向移動(dòng)，比值增大，d正確；E．充入He（g），平衡不移動(dòng)，比值不改變，e錯(cuò)誤，答案選bd。③8g甲醇為0.25mol，KOH是0.25mol，所以甲醇失去電子生成的CO2與氫氧化鉀反應(yīng)生成碳酸氫鉀，因此該燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH3OH－6e－ + 7OH－ = HCO3－+ 5H2O。④由于該反應(yīng)的△H＞0，△S＜O，△H-T△S＞0，所以不能自發(fā)進(jìn)行。