Question

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/℃	400	500	850
平衡常数	9.94	9	1

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______．

Answer 1

（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．