问题 问答题

已知:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)  ΔH=Q,其平衡常数随温度变化如下表所示:

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)的起始浓度均为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(ΔH>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)K=  <

(2)0.03 mol/(L·min)   

(3)75%     

(4)y=x     

(5)CO2+2e-+H2O=CO+2OH-  

(6)不可能;ΔH>0吸热且ΔS<0 或依据吉布斯自由能判断反应不能自发进行 

(1)根据平衡常数的定义可得K= ,随温度升高,平衡常数减小,说明升温平衡向逆移动,正反应是放热反应,Q <0。

(2)0—4min时,CO的浓度减少0.12mol/L,所以v(CO)="0.03" mol/(L·min) 。

(3)500 ℃时,K=9,设CO的浓度减少xmol/L,则有9(0.02-x)2=x2,x=0.015mol/L,该条件下,CO最大的转化率为75%。

(4))850 ℃时,K=1,起始时CO和H2O共为1mol,其中水蒸气的体积分数是x,所以H2O(g)的物质的是为xmol,CO的物质的量为(1-x)mol,设平衡时CO转化了amol,则a2=(x-a)(1-x-a),解得a=x-x2,CO的转化率为(x-x2)/(1-x)=x;

(5)总的是2CO2=2CO+O2,阳极反应为4OH4e-=2H2O+O2,则总反应减去阳极得到阴极反应式为,CO2+2e-+H2O=CO+2OH-

(6)不可能,因为该反应属于熵减焓增的反应,不能自发进行。

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