Question

已知：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=Q，其平衡常数随温度变化如表所示：

温度/℃	400	500	850
平衡常数	9.94	9	1

请回答下列问题：
（1）上述反应的化学平衡常数表达式为：

 

，该反应的Q

 

0．
（2）850℃时在体积为10L反应器中，通入一定量的CO和H₂O（g），发生上述反应，CO和H₂O（g）浓度变化如图所示，则0～4min时平均反应速率v（CO）=

 

．
（3）若在500℃时进行，且CO、H₂O（g）的超始浓度均为0.020mol/L，该条件下，CO的最大转化率为

 

．
（4）若在850℃时进行，设起始时CO和H₂O（g）共为1mol，其中水蒸气的体积分数为x，平衡时CO的转化率为y，试推导y随x变化的函数关系式为

 

．
（5）某电化学装置可实现2CO₂═2CO+O₂的转化，使CO重复使用．已知该反应的阳极反应为4OH^--4e^-═2H₂O+O₂，则阴极反应式为

 

．
（6）有人提出可以设计反应2CO═2C+O₂（△H＞0）来消除CO的污染，请判断上述反应能否发生

 

（填“可能”或“不可能”），理由是

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据平衡常数的表达式及反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）写出该反应的平衡常数；由表可知，温度越高，平衡常数越小，反应进行程度越小，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热方向移动；
（2）根据图象中CO的浓度变化及v=

△c

△t

计算0～4min时平均反应速率v（CO）；
（3）到达平衡时转化率最大，令平衡时CO的浓度变化量为cmol/L，根据三段式法用c表示出平衡时各组分个浓度，再利用平衡常数列方程，求出c，再利用转化率定义计算；
（4）起始时水的物质的量为xmol，转化的CO的物质的量为 （1-x）ymol，利用三段式法求出平衡时各组分的物质的量，代入800℃平衡常数，据此解答；
（5）阴极发生还原反应，CO₂被还原生成CO，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式；
（6）根据吉布斯自由能的大小判断反应能否进行．

解答： 解：（1）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常数为：K=；由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，反应进行程度越小，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热方向移动，故正反应为放热反应，△H=Q＜0，
故答案为：K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

；＜；
（2）v（CO）=

0.20mol/L-0.08mol/L

4min

=0.03mol/（L?min），
故答案为：0.03mol/（L?min）；
（3）设CO的浓度变化量为c，则
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.02    0.02     0       0
转化（mol/L）：c        c       c       c
平衡（mol/L）：0.02-c  0.02-c   c       c
代入500℃时反应平衡常数有k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

c×c

(0.02-c)×(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
CO的最大所以转化率为：

0.015

0.2

×100%=75%，
故答案为：75%；
（4）因800℃时反应平衡常数为1．起始时水的物质的量为xmol，CO的物质的量为 （1-x）mol，则
                CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：（1-x）   x        0        0
转化（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
所以平衡常数k=

(1-x)y×(1-x)y

(1-x)(1-y)×(x-y+xy)

=1，解得y=x，
故答案为：y=x；
（5）总反应式为2CO₂=2CO+O₂，阳极反应为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式，所以阴极反应为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
（6）反应2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0），则△G=△H-T?△S＞0，反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行，
故答案为：不能；该反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行．

点评：本题考查化学反应速率和化学平衡有关知识的综合应用、原电池工作原理，同时考查学生用数学知识解决化学问题的能力，难度较大，注意（1）平衡常数书写，（4）根据平衡常数表达式及化学平衡三段式列式计算．