Question

【题目】实施以节约能源和减少废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求。试运用所学知识，回答下列问题：

（1）已知某温度下某反应的化学平衡常数表达式为：K=c(H2O)/[ c(CO)·c(H2)]所对应的化学反应方程式为：________________________。

（2）已知在一定温度下，①C(s)+CO2(g)2CO(g) △H1=a kJ/mol 平衡常数K1；

②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H2=b kJ/mol 平衡常数K2；

③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H3 平衡常数K3。

则K1、K2、K3之间的关系是：_____________，△H3=__________（用含a、b的代数式表示）。

（3）煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，发生如下反应：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)，该反应平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

该反应的正反应方向是_________反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020 mol·L-1，在该条件下，CO的平衡转化率为：______________。

（4）在催化剂存在条件下反应：H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)，CO转化率随蒸气添加量的压强比及温度变化关系如下左图所示；

对于气相反应，用某组分(B)的平衡分压强(PB)代替物质的量浓度(CB)也可以表示平衡常数（记作KP），则该反应的KP的表达式：KP=____________，提高p[H2O(g)]/p(CO)比，则KP__________（填“变大”、“变小”或“不变”）。实际上，在使用铁镁催化剂的工业流程中，一般采用400℃左右、p[H2O(g)]/p(CO)=3～5。其原因可能是_________________________________。

（5）工业上可利用原电池原理除去工业尾气中的CO并利用其电能，反应装置如上右图所示，请写出负极的电极反应式：___________________________________。

Answer 1

【答案】 CO(g)+H2(g)H2O(g) +C(s) K3= K1·K2 (a+b) kJ/mol 放热 75% 不变 该温度下催化剂活性最大；该压强比下，反应物转化率已经接近98% CO－2e－+CO32-=2CO2

【解析】（1）平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，根据K=c(H2O)/[ c(CO)·c(H2)，所以该反应的方程式为CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)；

（2）根据化学方程式可知：K1=，K2=，

K3=，所以：K3=K1·K2；

由①+②可得方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，所以△H3=(a+b)kJ/mol；

（3）由图可知温度越高K值越小，说明正反应为放热反应，

所以=9，解得c=0.015，所以CO的转化率为×100%=75%。

(4)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度也可以表示平衡常数(记作KP),反应的平衡常数;平衡常数只与温度有关,与浓度无关,所以提高比,则KP不变;由图象可以知道,投料比太低,CO的转化率不太高,而投料比时转化率已经很高达到,再增加投料比,需要大大的增加蒸汽添加量,这样在在经济上不合算,催化剂的活性温度在400左右,所以一般采用400左右,H2O(气);因此，本题正确答案是:;不变;投料比太低,CO的转化率不太高,而投料比时转化率已经很高达到,再增加投料比,需要大大的增加蒸汽添加量,这样在在经济上不合算,催化剂的活性温度在400左右;
(5)负极发生氧化反应,,因此，本题正确答案是:),

点睛:（1）根据平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，据此分析解题；（2）根据平衡常数的表达式推断；应用盖斯定律来求△H3；（3）根据平衡常数随温度的变化来判断正反应方向是吸热还是放热，可以应用三段式结合平衡常数来求转化率。