Question

已知：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=Q，其平衡常數(shù)隨溫度變化如表所示：

溫度/℃	400	500	850
平衡常數(shù)	9.94	9	1

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為：

 

，該反應(yīng)的Q

 

0．
（2）850℃時(shí)在體積為10L反應(yīng)器中，通入一定量的CO和H₂O（g），發(fā)生上述反應(yīng)，CO和H₂O（g）濃度變化如圖所示，則0～4min時(shí)平均反應(yīng)速率v（CO）=

 

．
（3）若在500℃時(shí)進(jìn)行，且CO、H₂O（g）的超始濃度均為0.020mol/L，該條件下，CO的最大轉(zhuǎn)化率為

 

．
（4）若在850℃時(shí)進(jìn)行，設(shè)起始時(shí)CO和H₂O（g）共為1mol，其中水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)為x，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為y，試推導(dǎo)y隨x變化的函數(shù)關(guān)系式為

 

．
（5）某電化學(xué)裝置可實(shí)現(xiàn)2CO₂═2CO+O₂的轉(zhuǎn)化，使CO重復(fù)使用．已知該反應(yīng)的陽(yáng)極反應(yīng)為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂，則陰極反應(yīng)式為

 

．
（6）有人提出可以設(shè)計(jì)反應(yīng)2CO═2C+O₂（△H＞0）來(lái)消除CO的污染，請(qǐng)判斷上述反應(yīng)能否發(fā)生

 

（填“可能”或“不可能”），理由是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式及反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)；由表可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，反應(yīng)進(jìn)行程度越小，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)；
（2）根據(jù)圖象中CO的濃度變化及v=

△c

△t

計(jì)算0～4min時(shí)平均反應(yīng)速率v（CO）；
（3）到達(dá)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率最大，令平衡時(shí)CO的濃度變化量為cmol/L，根據(jù)三段式法用c表示出平衡時(shí)各組分個(gè)濃度，再利用平衡常數(shù)列方程，求出c，再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算；
（4）起始時(shí)水的物質(zhì)的量為xmol，轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量為 （1-x）ymol，利用三段式法求出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，代入800℃平衡常數(shù)，據(jù)此解答；
（5）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，CO₂被還原生成CO，總反應(yīng)式減去陽(yáng)極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式；
（6）根據(jù)吉布斯自由能的大小判斷反應(yīng)能否進(jìn)行．

解答： 解：（1）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)為：K=；由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，反應(yīng)進(jìn)行程度越小，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H=Q＜0，
故答案為：K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

；＜；
（2）v（CO）=

0.20mol/L-0.08mol/L

4min

=0.03mol/（L?min），
故答案為：0.03mol/（L?min）；
（3）設(shè)CO的濃度變化量為c，則
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.02    0.02     0       0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：c        c       c       c
平衡（mol/L）：0.02-c  0.02-c   c       c
代入500℃時(shí)反應(yīng)平衡常數(shù)有k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

c×c

(0.02-c)×(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
CO的最大所以轉(zhuǎn)化率為：

0.015

0.2

×100%=75%，
故答案為：75%；
（4）因800℃時(shí)反應(yīng)平衡常數(shù)為1．起始時(shí)水的物質(zhì)的量為xmol，CO的物質(zhì)的量為 （1-x）mol，則
                CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：（1-x）   x        0        0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：（1-x）y  （1-x）y （1-x）y （1-x）y
平衡（mol/L）：（1-x）（1-y） （x-y+xy）（1-x）y  （1-x）y
所以平衡常數(shù)k=

(1-x)y×(1-x)y

(1-x)(1-y)×(x-y+xy)

=1，解得y=x，
故答案為：y=x；
（5）總反應(yīng)式為2CO₂=2CO+O₂，陽(yáng)極反應(yīng)為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應(yīng)式減去陽(yáng)極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式，所以陰極反應(yīng)為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
（6）反應(yīng)2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0），則△G=△H-T?△S＞0，反應(yīng)是一個(gè)焓增、熵減的反應(yīng)，任何情況下不能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：不能；該反應(yīng)是一個(gè)焓增、熵減的反應(yīng)，任何情況下不能自發(fā)進(jìn)行．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡有關(guān)知識(shí)的綜合應(yīng)用、原電池工作原理，同時(shí)考查學(xué)生用數(shù)學(xué)知識(shí)解決化學(xué)問(wèn)題的能力，難度較大，注意（1）平衡常數(shù)書寫，（4）根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式及化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算．