Question

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/℃	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              。

Answer 1

（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4OH^—4e^-=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。