Question

試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問題：
（1）煤化工通常通過(guò)研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實(shí)際問題．已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）  

 H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示：

溫度/°C	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

若在500℃時(shí)進(jìn)行，設(shè)起始時(shí)CO和H₂O的起始濃度均為0.020mol?L^-1，在該條件下，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為______．
（2）在100℃時(shí)，將0.40mol的二氧化氮?dú)怏w充入2L抽真空的密閉容器中，每隔一定時(shí)間就對(duì)該容器內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行分析，得到如下表數(shù)據(jù)：

時(shí)間/s	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0.40	n1	0.26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0.00	0.05	n2	0.08	0.08

①n₃______n₄（填“＞”或“＜”或“=”），該反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為______；
②若在相同情況下最初向該容器充入的是四氧化二氮?dú)怏w，要達(dá)到上述同樣的平衡狀態(tài)，四氧化二氮的起始濃度是______mol?L^-1，假設(shè)在80s時(shí)達(dá)到平衡，請(qǐng)?jiān)谟覉D中畫出并標(biāo)明該條件下此反應(yīng)中N₂O₄和NO₂的濃度隨時(shí)間變化的曲線．
（3）以甲醇為燃料制成燃料電池，請(qǐng)寫出在氫氧化鉀介質(zhì)中該電池的正極反應(yīng)式______．

Answer 1

（1）對(duì)于反應(yīng)  CO（g）+H₂O（g）  

 H₂（g）+CO₂（g），
開始（mol/L）：0.02     0.02                    0     0
變化（mol/L）：c        c                       c     c
平衡（mol/L）：0.02-c     0.02-c               c     c
所以

c×c

(0.02-c)×(0.02-c)

=9，解得c=0.015
所以CO的轉(zhuǎn)化率為

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%．
故答案為：75%．
（2）①由表可知，60s時(shí)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，二氧化氮的物質(zhì)的量不再變化，所以n₃=n₄，
根據(jù)反應(yīng)方程式計(jì)算：
       2NO₂





N₂O₄
初始：0.4mol     0
轉(zhuǎn)化：0.16mol     0.08mol
平衡：0.24mol     0.08mol
則平衡時(shí)的濃度分別為：c（N₂O₄）=0.04mol/L，c（NO₂）=0.12mol/L，
所以該溫度下該反應(yīng)平衡常數(shù)k=

0.04

0.122

=2.8
故答案為：=；  2.8
②根據(jù)反應(yīng) 2NO₂





N₂O₄可知，0.4molNO₂與0.2molN₂O₄相當(dāng)，若在相同情況下最初向該容器充入的是四氧化二氮?dú)怏w，要達(dá)到上述同樣的平衡狀態(tài)，四氧化二氮的起始濃度是

0.2mol

2L

=0.1mol/L．
根據(jù)反應(yīng) 2NO₂





N₂O₄可知，NO₂的濃度隨時(shí)間變化為N₂O₄的濃度變化2倍．從放入N₂O₄到平衡時(shí)需要80s，初始加入的N₂O₄的物質(zhì)的量濃度為0.1mol/L，平衡時(shí)N₂O₄的物質(zhì)的量濃度為0.04mol/L，NO₂的物質(zhì)的量濃度為2×（0.1mol/L-0.04mol/L）=0.12mol/L，圖象可取起點(diǎn)、20s、80s等幾個(gè)點(diǎn)用平滑曲線來(lái)連接．
故答案為：


（3）甲醇為原料的燃料電池中，燃料甲醇為負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，氧氣是正極，發(fā)生得電子得還原反應(yīng)，氫氧化鈉為電解質(zhì)，在堿性環(huán)境下，氧氣的放電情況為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．