Question

已知：CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)　ΔH＝Q，其平衡常数随温度变化如下表所示：

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(填“>”或“<”)。

(2)850 ℃时在体积为10 L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0～4 min时平均反应速率v(CO)＝________。

(3)若在500 ℃时进行，且CO、H₂O(g)的起始浓度均为0.020 mol/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1 mol，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(ΔH>0)来消除CO的污染。请判断上述反应能否自发进行：________________(填“可能”或“不可能”)，理由是________________。

Answer 1

解析：本题考查化学反应速率和化学平衡，意在考查考生解决化学问题的能力。(1)可逆反应CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)的平衡常数K＝。由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，平衡向逆反应方向移动，因升高温度平衡向吸热方向移动，故正反应为放热反应。(2)由图像可知：CO在4 min内浓度减小了0.20 mol/L－0.08 mol/L＝0.12 mol/L，则v(CO)＝＝0.03 mol/(L·min)。(3)500 ℃时平衡常数为9，设CO最多能转化x mol/L，则

　　　　　  CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)

起始(mol/L):  0.02    0.02      0      0

转化(mol/L):   x      x        x      x

平衡(mol/L): 0.02－x  0.02－x   x      x

则有：＝9，解得x＝0.015，则CO的最大转化率为×100%＝75%。(4)850 ℃时平衡常数为1，有

　　　    CO(g)　＋　H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)

  1－x        x        0        0

  y(1－x)  y(1－x)  y(1－x)  y(1－x)

  1－x－y＋xy  x－y＋xy  y(1－x)  y(1－x)

则有：＝1，解得y＝x。(5)由于阴极发生还原反应，CO₂被还原生成CO，则阴极反应为：2CO₂＋4e^－＋2H₂O===2CO＋4OH^－。(6)由于反应2CO===2C＋O₂的ΔH>0，ΔS<0，则ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下都不能自发进行。

答案：(1)K＝＝(1分)　<(1分)

(2)0.03 mol/(L·min) (2分)

(3)75%(2分)　(4)y＝x(2分)

(5)2CO₂＋4e^－＋2H₂O===2CO＋4OH^－(2分)

(6)不可能(1分)　ΔH>0吸热且ΔS<0(或依据吉布斯自由能判断)(1分)