Question

已知：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=Q，其平衡常數(shù)隨溫度變化如表所示：

溫度/℃	400	500	850
平衡常數(shù)	9.94	9	1

請回答下列問題：
（1）上述反應的化學平衡常數(shù)表達式為：______，該反應的Q______0．
（2）850℃時在體積為10L反應器中，通入一定量的CO和H₂O（g），發(fā)生上述反應，CO和H₂O（g）濃度變化如圖所示，則0～4min時平均反應速率v（CO）=______．
（3）若在500℃時進行，且CO、H₂O（g）的超始濃度均為0.020mol/L，該條件下，CO的最大轉(zhuǎn)化率為______．
（4）若在850℃時進行，設(shè)起始時CO和H₂O（g）共為1mol，其中水蒸氣的體積分數(shù)為x，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為y，試推導y隨x變化的函數(shù)關(guān)系式為______．
（5）某電化學裝置可實現(xiàn)2CO₂═2CO+O₂的轉(zhuǎn)化，使CO重復使用．已知該反應的陽極反應為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂，則陰極反應式為______．
（6）有人提出可以設(shè)計反應2CO═2C+O₂（△H＞0）來消除CO的污染，請判斷上述反應能否發(fā)生______（填“可能”或“不可能”），理由是______．

Answer 1

（1）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)為：K=；由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，反應進行程度越小，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱方向移動，故正反應為放熱反應，△H=Q＜0，
故答案為：K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

；＜；
（2）v（CO）=

0.20mol/L-0.08mol/L

4min

=0.03mol/（L?min），
故答案為：0.03mol/（L?min）；
（3）設(shè)CO的濃度變化量為c，則
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.020.020 0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：cc c c
平衡（mol/L）：0.02-c 0.02-ccc
代入500℃時反應平衡常數(shù)有k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

c×c

(0.02-c)×(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
CO的最大所以轉(zhuǎn)化率為：

0.015

0.2

×100%=75%，
故答案為：75%；
（4）因800℃時反應平衡常數(shù)為1．起始時水的物質(zhì)的量為xmol，CO的物質(zhì)的量為 （1-x）mol，則
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：（1-x）x00
轉(zhuǎn)化（mol/L）：（1-x）y（1-x）y（1-x）y（1-x）y
平衡（mol/L）：（1-x）（1-y）（x-y+xy）（1-x）y（1-x）y
所以平衡常數(shù)k=

(1-x)y×(1-x)y

(1-x)(1-y)×(x-y+xy)

=1，解得y=x，
故答案為：y=x；
（5）總反應式為2CO₂=2CO+O₂，陽極反應為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應式減去陽極反應式得陰極反應式，所以陰極反應為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
（6）反應2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0），則△G=△H-T?△S＞0，反應是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發(fā)進行，
故答案為：不能；該反應是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發(fā)進行．