Question

13．已知CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）反应的平衡常数和温度的关系如下：

|温度/℃	700	800	830	1000	1200
平衡常数	1.7	1.1	1.0	0.6	0.4

回答下列问题：
（1）该反应的△H＜0（填“＜”“＞”“=”）；
（2）830℃时，向一个5L的密闭容器中充入0.20mol的CO和0.80mol的H₂O，反应初始6s内CO的平均反应速率v（CO）=0.003mol•L^-1•s^-1，则6s末CO₂的物质的量浓度为0.018mol•L^-1；反应经一段时间后，达到平衡后CO的转化率为80%；
（3）判断该反应是否达到平衡的依据为cd（填正确选项前的字母）；
a．压强不随时间改变    b．气体的密度不随时间改变
c．c（CO）不随时间改变     d．单位时间里生成CO和H₂的物质的量相等
（4）已知1000℃时，要使CO的转化率超过90%，则起始物c（H₂O）：c（CO）应不低于14.4；
（5）某燃料电池以CO为燃料，以空气为氧化剂，以熔融态的K₂CO₃为电解质，请写出该燃料电池正极的电极反应式O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．

Answer 1

分析 （1）由表格数据可知，温度越高，K越小，则升高温度，平衡逆向移动；
（2）反应初始6s内CO的平均反应速率v（CO）=0.003mol•L^-1•s^-1，可知减少的CO为0.003mol•L^-1•s^-1×6s×5L=0.09mol，结合反应可知生成CO₂为0.09mol，设平衡时转化的CO为x，则
         CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始  0.2            0.8              0             0
转化    x              x                x               x
平衡0.2-x          0.8-x            x               x
$\frac{\frac{x}{5}×\frac{x}{5}}{\frac{0.2-x}{5}×\frac{0.8-x}{5}}$=K=1.0，解得x=0.16mol，
（3）平衡时各物质的浓度不变、正逆反应速率相等；
（4）设CO、H₂O的起始浓度分别为x、y，且CO的转化率为90%，则
                             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度（mol•L^-1）   x       y                   0             0
转化浓度（mol•L^-1）  0.9x   0.9x             0.9x         0.9x
平衡浓度（mol•L^-1）  0.1x   y-0.9x         0.9x          0.9x
$\frac{0.9x×0.9x}{0.1x×（y-0.9x）}$=K=0.6，以此计算；
（5）以CO为燃料，以空气为氧化剂，以熔融态的K₂CO₃为电解质，CO在负极上失去电子，氧气在正极上得到电子．

解答 解：（1）由表格数据可知，温度越高，K越小，则升高温度，平衡逆向移动，则该反应的△H＜0，故答案为：＜；
（2）反应初始6s内CO的平均反应速率v（CO）=0.003mol•L^-1•s^-1，可知减少的CO为0.003mol•L^-1•s^-1×6s×5L=0.09mol，结合反应可知生成CO₂为0.09mol，则6s末CO₂的物质的量浓度为$\frac{0.09mol}{5L}$=0.018 mol•L^-1，
设平衡时转化的CO为x，则
         CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始  0.2            0.8              0             0
转化    x              x                x               x
平衡0.2-x          0.8-x            x               x
$\frac{\frac{x}{5}×\frac{x}{5}}{\frac{0.2-x}{5}×\frac{0.8-x}{5}}$=K=1.0，解得x=0.16mol，
CO的转化率为$\frac{0.16}{0.2}$×100%=80%，
故答案为：0.018 mol•L^-1；80%；
（3）a．压强始终不随时间改变，不能判定平衡状态，故不选；    
b．由ρ=$\frac{m}{V}$可知，气体的密度始终不随时间改变，不能判定平衡状态，故不选；
c．c（CO）不随时间改变，可知为平衡状态，故选；     
d．单位时间里生成CO和H₂的物质的量相等，可知正逆反应速率相等，为平衡状态，故选；
故答案为：cd；
（4）设CO、H₂O的起始浓度分别为x、y，且CO的转化率为90%，则
                             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度（mol•L^-1）   x       y                   0             0
转化浓度（mol•L^-1）  0.9x   0.9x             0.9x         0.9x
平衡浓度（mol•L^-1）  0.1x   y-0.9x         0.9x          0.9x
$\frac{0.9x×0.9x}{0.1x×（y-0.9x）}$=K=0.6，解得x：y=14.4，只要增加H₂O量，就可提高CO的转化率，
故答案为：14.4；
（5）以CO为燃料，以空气为氧化剂，以熔融态的K₂CO₃为电解质，氧气在正极上得到电子，该燃料电池正极的电极反应式为，故答案为：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握化学平衡三段法、K的计算、平衡移动、原电池等为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，注意不同温度下的K值不同，题目难度不大．