Question

在一固定容積的密閉容器中進(jìn)行著如下反應(yīng)：
CO₂(g) + H₂(g)   CO(g) + H₂O(g)，其平衡常數(shù)Ｋ和溫度t的關(guān)系如下：

t℃	700	800	850	1000	1200
K	2.6	1.7	1.0	0.9	0.6

(1) K的表達(dá)式為：　         　  　　；該反應(yīng)的正反應(yīng)為　　        　反應(yīng)（“吸熱”或“放熱”）
(2) 能判斷該反應(yīng)是否已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是：               
Ａ．容器中壓強(qiáng)不變　　      Ｂ．混合氣體中CO濃度不變
Ｃ．v(H₂)正= v(H₂O)逆　　    D．c(CO₂) = c(CO)　
（3）某研究小組利用反應(yīng)：CO(g)+H₂O(g)  H₂(g)+CO₂(g)  △H=－41.2kJ/mol，制備CO₂與H₂的混合氣體。用堿液吸收一定量CO₂的方法來提高混合氣中H₂與CO₂的體積比。若以1L1.5mol/L的NaOH溶液充分吸收了22.4L（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積）CO₂，則吸收后溶液中各離子濃度從大到小的順序是                                。
（4）如將H₂與CO₂以4:1的體積比混合，在適當(dāng)?shù)臈l件下可制得CH₄。已知：
CH₄ (g) + 2O₂(g)  CO₂(g)+ 2H₂O（1）  ΔH₁＝－890.3 kJ/mol 
H₂(g) + 1/2O₂(g)  H₂O（1）           ΔH₂＝－285.8 kJ/mol 
則CO₂(g)與H₂(g)反應(yīng)生成CH₄(g)與液態(tài)水的熱化學(xué)方程式是                     。
（5）熔融鹽燃料電池如下圖：

該圖是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，以CH₄為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極。已知負(fù)極的電極反應(yīng)是CH₄ +4CO₃^2－－8e^－=5CO₂+2H₂O。正極的電極反應(yīng)是_______ 。為了使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此電池工作時(shí)必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)，則A物質(zhì)的化學(xué)式是_________。實(shí)驗(yàn)過程中，若通入了標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣448L（假設(shè)空氣中O₂體積分?jǐn)?shù)為20%），則熔融鹽燃料電池消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下CH₄____________L。

Answer 1

（1）；    放熱；
（2）B、C；
（3）c(Na⁺)>c(HCO₃^-)>c(CO₃^2-)>c(OH^-)>c(H⁺)
（4）CO₂(g)+4H₂(g)=CH₄(g)+2H2O(l) ΔH=－252.9kJ/mol
（5）O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-    CO₂  44.8

試題分析：（1）反應(yīng)CO₂(g) + H₂(g)   CO(g) + H₂O(g) 平衡常數(shù)表達(dá)式為。由表格中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度升高，平衡常數(shù)減少，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。（2）容器容積固定，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，所以無論是平衡狀態(tài)還是非平衡狀態(tài)，容器中壓強(qiáng)均不變，A錯(cuò)誤；化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是正、逆反應(yīng)速率相等，各組分濃度保持不變，所以CO濃度保持不變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，B正確；H₂和H₂O的計(jì)量數(shù)比為1：1，所以v(H₂)_正= v(H₂O)_逆的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，C正確；二氧化碳與一氧化碳濃度相等不能作為判斷反應(yīng)是平衡狀態(tài)的標(biāo)志，平衡時(shí)二者濃度可能相等也可能不等，與二氧化碳起始投料和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率有關(guān)系，D錯(cuò)誤。（3）CO₂與NaOH反應(yīng)有兩種情況：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O、NaOH+CO₂=NaHCO₃，題中CO₂與NaOH物質(zhì)的量比為2：3，介于1：1與1：2之間，所以1molCO₂與1.5molNaOH生成Na₂CO₃和NaHCO₃，設(shè)Na₂CO₃、NaHCO₃物質(zhì)的量分別為x、y，由C守恒得x+y=1；由Na守恒得2x+y=1.5，解得x=y=0.5mol。CO₃^2-水解生成HCO₃^-和OH^-，所以溶液中離子濃度由大到小的順序?yàn)閏(Na⁺)>c(HCO₃^-)>c(CO₃^2-)>c(OH^-)>c(H⁺)。（4）CO₂(g)+4H₂(g)=CH₄(g)+2H2O(l)  ΔH=4ΔH₂－ΔH₁＝－252.9 kJ/mol。（5）電池中介質(zhì)為熔融碳酸鹽，正極通入的是氧氣，正極反應(yīng)為O₂+4e^-=2O^2-、O^2-+CO₂=CO₃^2-，將二式相加即得O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-。由電極反應(yīng)可知圖中的A為CO₂。由正、負(fù)極電子轉(zhuǎn)移相等得CH₄～8e^-～2O₂，所以通入的O₂為4mol時(shí)反應(yīng)的CH₄為2mol。
點(diǎn)評(píng)：本題（5）也可先寫出燃料電池總反應(yīng)CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O，用總反應(yīng)減去負(fù)極電極反應(yīng)式即得正極電極反應(yīng)式。