Question

已知：CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)　ΔH＝Q，其平衡常數(shù)隨溫度變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	850
平衡常數(shù)	9.94	9	1

請回答下列問題：

(1)上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為：________________。該反應(yīng)的Q________________0(填“>”或“<”)。

(2)850 ℃時在體積為10 L反應(yīng)器中，通入一定量的CO和H₂O(g)，發(fā)生上述反應(yīng)，CO和H₂O(g)濃度變化如圖所示，則0～4 min時平均反應(yīng)速率v(CO)＝________。

(3)若在500 ℃時進(jìn)行，且CO、H₂O(g)的起始濃度均為0.020 mol/L，該條件下，CO的最大轉(zhuǎn)化率為________________。

(4)若在850 ℃時進(jìn)行，設(shè)起始時CO和H₂O(g)共為1 mol，其中水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)為x，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為y，試推導(dǎo)y隨x變化的函數(shù)關(guān)系式為________________。

(5)某電化學(xué)裝置可實現(xiàn)2CO₂===2CO＋O₂的轉(zhuǎn)化，使CO重復(fù)使用。已知該反應(yīng)的陽極反應(yīng)為4OH^－－4e^－===2H₂O＋O₂↑，則陰極反應(yīng)式為________________。

(6)有人提出可以設(shè)計反應(yīng)2CO===2C＋O₂(ΔH>0)來消除CO的污染。請判斷上述反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行：________________(填“可能”或“不可能”)，理由是________________。

Answer 1

解析：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，意在考查考生解決化學(xué)問題的能力。(1)可逆反應(yīng)CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)的平衡常數(shù)K＝。由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，因升高溫度平衡向吸熱方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。(2)由圖像可知：CO在4 min內(nèi)濃度減小了0.20 mol/L－0.08 mol/L＝0.12 mol/L，則v(CO)＝＝0.03 mol/(L·min)。(3)500 ℃時平衡常數(shù)為9，設(shè)CO最多能轉(zhuǎn)化x mol/L，則

　　　　　  CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)

起始(mol/L):  0.02    0.02      0      0

轉(zhuǎn)化(mol/L):   x      x        x      x

平衡(mol/L): 0.02－x  0.02－x   x      x

則有：＝9，解得x＝0.015，則CO的最大轉(zhuǎn)化率為×100%＝75%。(4)850 ℃時平衡常數(shù)為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)

則有：＝1，解得y＝x。(5)由于陰極發(fā)生還原反應(yīng)，CO₂被還原生成CO，則陰極反應(yīng)為：2CO₂＋4e^－＋2H₂O===2CO＋4OH^－。(6)由于反應(yīng)2CO===2C＋O₂的ΔH>0，ΔS<0，則ΔG＝ΔH－TΔS>0，反應(yīng)是一個焓增、熵減的反應(yīng)，任何情況下都不能自發(fā)進(jìn)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吸熱且ΔS<0(或依據(jù)吉布斯自由能判斷)(1分)