Question

11．CO是水煤气的主要成份之一，是一种无色剧毒气体，根据信息完成下列各题
Ⅰ、已知下列热化学方程式
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393kJ/mol
24g单质碳在不足量的O₂中燃烧时，生成等物质的量的CO和CO₂气体，则和24g单质碳完全燃烧生成CO₂相比较，损失热量282.5kJ
Ⅱ、850℃时，在10L体积不变的容器中投入2molCO和3molH₂O，发生如下反应：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）当CO的转化率达60%时，反应达平衡
（1）850℃时，该反应的平衡常数为1
（2）该条件下，将CO和H₂O都改为投入2mol，达平衡时，H₂的浓度为0.1mol/L，下列情况能说明该反应一定达平衡的是C，
A．CO和H₂O蒸气的浓度之比不再随时间改变
B．气体的密度不再随时间改变
C．CO和CO₂的浓度之比不再随时间改变
D．气体的平均摩尔质量不再随时间改变
Ⅲ、为防止CO使人中毒，一种CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇、氧化钠，其中
O^2-可以在固体NASICON中自由移动，则：
（1）该原电池中通入CO的电极为负极，该电极的电极反应式为CO-2e^-+O^2-=CO₂
（2）通空气一极的电极反应式为O₂+4e^-=2O^2-．

Answer 1

分析 I、利用盖斯定律计算出CO燃烧的热化学反应方程式，计算出反应热，碳不完全燃烧损失的热量为生成的一氧化碳燃烧放出的热量．根据碳原子守恒计算出一氧化碳的物质的量，再根据一氧化碳燃烧的热化学方程式计算；
II、（1）根据平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值进行解答；
（2）依据温度不变，平衡常数不变，利用三段法计算即可，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，据此解答即可；
III、该装置属于原电池，一氧化碳失电子发生氧化反应生成二氧化碳，则通入一氧化碳的电极为负极，正极上氧气得电子发生还原反应，据此解答即可．

解答 解：Ⅰ、2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ/mol  （i）
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393kJ/mol   （ii）
[（ii）×2-（i）]÷2得：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=$\frac{1}{2}$[（-393）×2-（-221）]=-282.5kJ/mol，24g碳的物质的量为$\frac{24g}{12g/mol}$=2mol，生成等物质的量的CO和CO₂气体，所以CO的物质的量为1mol，由于CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-285．kJ/mol，所以1molCO燃烧放出的热量为282.5kJ/mol×1mol=282.5kJ
即24g碳不完全燃烧生成1molCO损失的热量为282.5kJ，故答案为：282.5；
Ⅱ、（1）CO转化率为60%，即CO转化浓度为：$\frac{2mol×60%}{10L}$=0.12mol/L，利用三段式法计算，
                     CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度/（mol•L^-1 ）：0.2      0.3     0        0
转化浓度/（mol•L^-1 ）：0.12     0.12    0.12    0.12  
平衡浓度/（mol•L^-1 ）：0.08     0.18    0.12   0.12
因平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，所以K（850℃）=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，故答案为：1；
（2）将CO和H₂O都改为投入2mol，则此时浓度均为0.2mol/L，利用三段式法计算，
                     CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度/（mol•L^-1 ）：0.2      0.2     0        0
转化浓度/（mol•L^-1 ）：x         x      x        x  
平衡浓度/（mol•L^-1 ）：0.2-x     0.2-x  x        x，此时有K=$\frac{x×x}{（0.2-x）×（0.2-x）}$=1，解x=0.1，A．CO和H₂O蒸气的浓度之比不再随时间改变不能说明平衡，因为投料是相等的，且两者化学计量数之比为1：1，故任何时候均满足两者1：1的关系，故A错误；
B．气体的密度不再随时间改变，不能说明达到平衡，气体的质量不变，容器的体积不变，故密度不变，故B错误；
C．CO和CO₂的浓度之比不再随时间改变，两者分别为反应物和生成物，若浓度比不变，说明达到平衡，故C正确；
D．气体的平均摩尔质量不再随时间改变，不能说明，因为气体质量不变，物质的量不变，故D错误，故选C；故答案为：0.1；C；
Ⅲ、（1）负极为失去电子发生氧化反应的一极，一氧化碳失电子和氧离子反应生成二氧化碳，故通入CO的电极为负极，电极反应式为CO+O^2--2e^-=CO₂，故答案为：负；CO-2e^-+O^2-=CO₂；
（2）依据“O^2-可以在固体NASICON中自由移动”，即正极为氧气得到电子生成氧负离子，电极方程式为：O₂+4e^-=2O^2-，故答案为：O₂+4e^-=2O^2-．

点评 本题主要考查了盖斯定律的应用、热化学反应的计算、原电池工作原理、以及化学平衡的有关计算的是否达到平衡的计算，综合性较强，难度较大．