Question

13．已知CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）反應(yīng)的平衡常數(shù)和溫度的關(guān)系如下：

|溫度/℃	700	800	830	1000	1200
平衡常數(shù)	1.7	1.1	1.0	0.6	0.4

回答下列問題：
（1）該反應(yīng)的△H＜0（填“＜”“＞”“=”）；
（2）830℃時(shí)，向一個(gè)5L的密閉容器中充入0.20mol的CO和0.80mol的H₂O，反應(yīng)初始6s內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率v（CO）=0.003mol•L^-1•s^-1，則6s末CO₂的物質(zhì)的量濃度為0.018mol•L^-1；反應(yīng)經(jīng)一段時(shí)間后，達(dá)到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為80%；
（3）判斷該反應(yīng)是否達(dá)到平衡的依據(jù)為cd（填正確選項(xiàng)前的字母）；
a．壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變    b．氣體的密度不隨時(shí)間改變
c．c（CO）不隨時(shí)間改變     d．單位時(shí)間里生成CO和H₂的物質(zhì)的量相等
（4）已知1000℃時(shí)，要使CO的轉(zhuǎn)化率超過90%，則起始物c（H₂O）：c（CO）應(yīng)不低于14.4；
（5）某燃料電池以CO為燃料，以空氣為氧化劑，以熔融態(tài)的K₂CO₃為電解質(zhì)，請(qǐng)寫出該燃料電池正極的電極反應(yīng)式O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．

Answer 1

分析 （1）由表格數(shù)據(jù)可知，溫度越高，K越小，則升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；
（2）反應(yīng)初始6s內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率v（CO）=0.003mol•L^-1•s^-1，可知減少的CO為0.003mol•L^-1•s^-1×6s×5L=0.09mol，結(jié)合反應(yīng)可知生成CO₂為0.09mol，設(shè)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的CO為x，則
         CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始  0.2            0.8              0             0
轉(zhuǎn)化    x              x                x               x
平衡0.2-x          0.8-x            x               x
$\frac{\frac{x}{5}×\frac{x}{5}}{\frac{0.2-x}{5}×\frac{0.8-x}{5}}$=K=1.0，解得x=0.16mol，
（3）平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度不變、正逆反應(yīng)速率相等；
（4）設(shè)CO、H₂O的起始濃度分別為x、y，且CO的轉(zhuǎn)化率為90%，則
                             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol•L^-1）   x       y                   0             0
轉(zhuǎn)化濃度（mol•L^-1）  0.9x   0.9x             0.9x         0.9x
平衡濃度（mol•L^-1）  0.1x   y-0.9x         0.9x          0.9x
$\frac{0.9x×0.9x}{0.1x×（y-0.9x）}$=K=0.6，以此計(jì)算；
（5）以CO為燃料，以空氣為氧化劑，以熔融態(tài)的K₂CO₃為電解質(zhì)，CO在負(fù)極上失去電子，氧氣在正極上得到電子．

解答 解：（1）由表格數(shù)據(jù)可知，溫度越高，K越小，則升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則該反應(yīng)的△H＜0，故答案為：＜；
（2）反應(yīng)初始6s內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率v（CO）=0.003mol•L^-1•s^-1，可知減少的CO為0.003mol•L^-1•s^-1×6s×5L=0.09mol，結(jié)合反應(yīng)可知生成CO₂為0.09mol，則6s末CO₂的物質(zhì)的量濃度為$\frac{0.09mol}{5L}$=0.018 mol•L^-1，
設(shè)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的CO為x，則
         CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始  0.2            0.8              0             0
轉(zhuǎn)化    x              x                x               x
平衡0.2-x          0.8-x            x               x
$\frac{\frac{x}{5}×\frac{x}{5}}{\frac{0.2-x}{5}×\frac{0.8-x}{5}}$=K=1.0，解得x=0.16mol，
CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.16}{0.2}$×100%=80%，
故答案為：0.018 mol•L^-1；80%；
（3）a．壓強(qiáng)始終不隨時(shí)間改變，不能判定平衡狀態(tài)，故不選；    
b．由ρ=$\frac{m}{V}$可知，氣體的密度始終不隨時(shí)間改變，不能判定平衡狀態(tài)，故不選；
c．c（CO）不隨時(shí)間改變，可知為平衡狀態(tài)，故選；     
d．單位時(shí)間里生成CO和H₂的物質(zhì)的量相等，可知正逆反應(yīng)速率相等，為平衡狀態(tài)，故選；
故答案為：cd；
（4）設(shè)CO、H₂O的起始濃度分別為x、y，且CO的轉(zhuǎn)化率為90%，則
                             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol•L^-1）   x       y                   0             0
轉(zhuǎn)化濃度（mol•L^-1）  0.9x   0.9x             0.9x         0.9x
平衡濃度（mol•L^-1）  0.1x   y-0.9x         0.9x          0.9x
$\frac{0.9x×0.9x}{0.1x×（y-0.9x）}$=K=0.6，解得x：y=14.4，只要增加H₂O量，就可提高CO的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：14.4；
（5）以CO為燃料，以空氣為氧化劑，以熔融態(tài)的K₂CO₃為電解質(zhì)，氧氣在正極上得到電子，該燃料電池正極的電極反應(yīng)式為，故答案為：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，把握化學(xué)平衡三段法、K的計(jì)算、平衡移動(dòng)、原電池等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，綜合性較強(qiáng)，注意不同溫度下的K值不同，題目難度不大．