Question

20．已知CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）反应的平衡常数和温度的关系如下：

温度/℃	700	800	830	1000	1200
平衡常数	1.7	1.1	1.0	0.6	0.4

回答下列问题：
（1）该反应的△H＜0（填“＜”“＞”“=”）；
（2）830℃时，向一个5L的密闭容器中充入0.20mol的CO和0.80mol的H₂O，反应初始6s内CO的平均反应速率v（CO）=0.003mol•L^-1•s^-1，则6s末CO₂的物质的量浓度为0.018mol/L；反应达到平衡后CO的转化率为80%；
（3）判断该反应是否达到平衡状态的依据为cd（填正确选项前的字母）；
a．压强不随时间改变           b．气体的密度不随时间改变
c．c（CO）不随时间改变           d．单位时间里生成CO和H₂的物质的量相等
（4）已知1000℃时，要使CO的转化率超过90%，则起始时c（H₂O）：c（CO）应不低于14.4；
（5）某燃料电池以CO为燃料，以空气为氧化剂，以熔融态的K₂CO₃为电解质，请写出该燃料电池正极的电极反应式O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-；
（6）已知CO可用于制备很多物质：
2CO（g）+SO₂（g）═S（g）+2CO₂（g）△H=+18.0kJ•mol^-1
2H₂（g）+SO₂（g）═S（g）+2H₂O（g）△H=+90.4kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-556.0kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
请写出S（g）与O₂（g）反应生成SO₂（g）热化学方程式S（g）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-574.0kJmol^-1．

Answer 1

分析 （1）温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应；
（2）根据△c=v×△t计算△c（CO），由方程式可知△c（CO₂）=△c（CO）；
设平衡时转化的CO为xmol，表示出平衡时各组分物质的量，再根据平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=1列方程计算解答；
（3）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（4）CO与H₂O按物质的量1：1反应，当二者起始物质的量为1：1时，二者转化率相等，1000℃时要使CO的转化率超过90%，则应增大水的物质的量，设起始时加入1molCO、ymolH₂O，CO转化率为90%时，转化的CO为0.9mol，表示出平衡时各组分物质的量，再根据K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=0.6列方程计算y，实际c（H₂O）：c（CO）大于y；
（5）原电池之间反应氧化反应，氧气在正极获得电子，电池是以熔融碳酸盐为电解质，应与生成的二氧化碳结合生成碳酸根离子；
（6）已知：①2CO（g）+SO₂（g）═S（g）+2CO₂（g）△H=+18.0kJ•mol^-1
②2H₂（g）+SO₂（g）═S（g）+2H₂O（g）△H=+90.4kJ•mol^-1
③2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-556.0kJ•mol^-1
④2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
根据盖斯定律：（③+④-①-②）÷2可得：S（g）+O₂（g）=SO₂（g）．

解答 解：（1）温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故△H＜0，
故答案为：＜；
（2）反应初始6s内A的平均反应速率v（CO）=0.003mol•L^-1•s^-1，则6s内c（CO₂）=△c（CO）=0.003mol•L^-1•s^-1×6s=0.018mol/L，
设平衡时转化的CO为xmol，则：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始（mol）：0.2    0.8      0       0
变化（mol）：x       x       x       x
平衡（mol）：0.2-x   0.8-x   x       x
反应前后气体体积不变，用物质的量代替浓度计算平衡常数，故K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{x×x}{（0.2-x）×（0.8-x）}$=1，解得x=0.16，故CO转化率为$\frac{0.16mol}{0.2mol}$×100%=80%，
故答案为：0.018mol/L；80%；
（3）a．该反应前后气体的物质的量不变，压强始终不变，故压强不随时间改变，不能说明到达平衡，故a错误，
b．混合气体的总质量不变，容器的容积不变，故混合气体的密度始终不变，故气体的密度不随时间改变，不能说明到达平衡，故b错误，
c．可逆反应到达平衡时，各组分的浓度不发生变化，故c（CO）不随时间改变，说明到达平衡，故c正确，
d．单位时间里生成CO和H₂的物质的量相等，CO的生成速率与消耗速率相等，说明到达平衡，故d正确，
故答案为：cd；
（4）CO与H₂O按物质的量1：1反应，当二者起始物质的量为1：1时，二者转化率相等，1000℃时要使CO的转化率超过90%，则应增大水的物质的量，设起始时加入1molCO、ymolH₂O，CO转化率为90%时，转化的CO为0.9mol，则：
         CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（mol）：1     y　　　  0　　　0
转化（mol）：0.9   0.9     0.9 　 0.9
平衡（mol）：0.1 　 y-0.9　 0.9   0.9
故K=$\frac{0.9×0.9}{0.1×（y-0.9）}$=0.6，解得=14.4，故实际c（H₂O）：c（CO）应大于14.4，
故答案为：14.4；
（5）原电池之间反应氧化反应，氧气在正极获得电子，电池是以熔融碳酸盐为电解质，应与生成的二氧化碳结合生成碳酸根离子，所以正极电极反应为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，
故答案为：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-；
（6）已知：①2CO（g）+SO₂（g）═S（g）+2CO₂（g）△H=+18.0kJ•mol^-1
②2H₂（g）+SO₂（g）═S（g）+2H₂O（g）△H=+90.4kJ•mol^-1
③2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-556.0kJ•mol^-1
④2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
根据盖斯定律：（③+④-①-②）÷2可得：S（g）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-574.0kJmol^-1，
故答案为：S（g）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-574.0kJmol^-1．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡状态判断、平衡常数、盖斯定律应用等，注意判断平衡的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态