问题 问答题

已知:CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H=Q,其平衡常数随温度变化如表所示:

温度/℃400500850
平衡常数9.9491
请回答下列问题:

(1)上述反应的化学平衡常数表达式为:______,该反应的Q______0.

(2)850℃时在体积为10L反应器中,通入一定量的CO和H2O(g),发生上述反应,CO和H2O(g)浓度变化如图所示,则0~4min时平均反应速率v(CO)=______.

(3)若在500℃时进行,且CO、H2O(g)的超始浓度均为0.020mol/L,该条件下,CO的最大转化率为______.

(4)若在850℃时进行,设起始时CO和H2O(g)共为1mol,其中水蒸气的体积分数为x,平衡时CO的转化率为y,试推导y随x变化的函数关系式为______.

(5)某电化学装置可实现2CO2═2CO+O2的转化,使CO重复使用.已知该反应的阳极反应为4OH--4e-═2H2O+O2,则阴极反应式为______.

(6)有人提出可以设计反应2CO═2C+O2(△H>0)来消除CO的污染,请判断上述反应能否发生______(填“可能”或“不可能”),理由是______.

答案

(1)CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)的平衡常数为:K=;由表中数据可知,温度越高,平衡常数越小,反应进行程度越小,平衡向逆反应移动,升高温度平衡向吸热方向移动,故正反应为放热反应,△H=Q<0,

故答案为:K=

c(CO2)•c(H2)
c(CO)•c(H2O)
;<;

(2)v(CO)=

0.20mol/L-0.08mol/L
4min
=0.03mol/(L•min),

故答案为:0.03mol/(L•min);

(3)设CO的浓度变化量为c,则

CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g),

起始(mol/L):0.020.020 0

转化(mol/L):cc c c

平衡(mol/L):0.02-c 0.02-ccc

代入500℃时反应平衡常数有k=

c(CO2)•c(H2)
c(CO)•c(H2O)
=
c×c
(0.02-c)×(0.02-c)
=9,解得c=0.015,

CO的最大所以转化率为:

0.015
0.2
×100%=75%,

故答案为:75%;

(4)因800℃时反应平衡常数为1.起始时水的物质的量为xmol,CO的物质的量为 (1-x)mol,则

CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g),

起始(mol/L):(1-x)x00

转化(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

所以平衡常数k=

(1-x)y×(1-x)y
(1-x)(1-y)×(x-y+xy)
=1,解得y=x,

故答案为:y=x;

(5)总反应式为2CO2=2CO+O2,阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O,总反应式减去阳极反应式得阴极反应式,所以阴极反应为:2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-

故答案为:2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-

(6)反应2CO=2C+O2(△H>0、△S<0),则△G=△H-T•△S>0,反应是一个焓增、熵减的反应,任何情况下不能自发进行,

故答案为:不能;该反应是一个焓增、熵减的反应,任何情况下不能自发进行.

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