Question

【题目】“低碳循环”引起各国的高度重视，已知煤、甲烷等可以与水蒸气反应生成以CO和H2为主的合成气，合成气有广泛应用．试回答下列问题：

（1）高炉炼铁是CO气体的重要用途之一，其基本反应为：

FeO（s）+CO（g）Fe（s）+CO2（g）△H＞0．

已知在1100°C时，该反应的化学平衡常数K=0.263．

①温度升高，平衡移动后达到新平衡，此时平衡常数值________（填“增大”“减小”“不变”）；

②1100°C时测得高炉中，c（CO2）=0.025mol·L﹣1，c（CO）=0.1mol·L﹣1，则在这种情况下，该反应这一时刻向__________进行（填“左”或“右”）．

（2）目前工业上也可用CO2来生产燃料甲醇CH3OH，有关反应为：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），△H=﹣49.0KJmol﹣1，某温度下，向体积为1L恒容密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，反应过程中测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间的变化如图所示．

①反应开始至平衡，氢气的平均反应速率v（H2）=__________，CO2的转化率为_______．

该温度下上述反应的平衡常数K=____________（分数表示）．

②反应达到平衡后，下列能使的值增大的措施是_________(填符号)。

a．升高温度 b．再充入H2 c．再充入CO2

d．将H2O（g）从体系中分离 e．充入He（g）

③以8g甲醇为燃料，足量O2为氧化剂，250ml 浓度为1mol/L的KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池（电极材料为惰性电极）．写出燃料电池负极的电极反应式：_________________。

④有人提出，可以设计反应2CO（g）=2C(s)+O2(g)（△H＞0）来消除CO的污染。请你判断上述反应是否能自发进行并说明理由__________________________。

Answer 1

【答案】 增大 右 0.225 mol·（L·min）—1 75% L2/mol2 bd CH3OH ﹣6e— + 7OH— = HCO3—+ 5H2O 不能，因为该反应的△H＞0，△S<O △H-T△S＞0，不能自发进行

【解析】（1）①由于该反应的正反应是吸热反应，所以温度升高，化学平衡正向移动，达到新的平衡时平衡常数K值增大；②1 100 ℃时测得高炉中，c(CO2)=0.025 mol·L-1，c(CO)=0.1 mol·L-1，则浓度熵Q= c(CO2)÷c(CO)=0.025 mol·L-1÷0.1 mol·L-1=0.25<0.263=K，所以在这种情况下，该反应向正反应方向移动；（2）①根据图像可知：从反应开始到平衡，V(CO2)=0.75mol/L÷10min=0.075mol/(L·min)，V(H2)=3V(CO2)= 0.225mol/(L·min)；CO2的转化率为0.75/1.00×100%＝75%；平衡时氢气、二氧化碳、甲醇和水蒸气的物质的量浓度分别是0.75mol/L、0.25mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L，所以该温度下上述反应的平衡常数K＝；②a．升高温度，平衡逆向移动， 减小，a错误；b．再充入H2使平衡正向移动， 增大，b正确；c．再充入CO2 平衡正向移动，但是Δc(CO2) 大于Δc(CH3OH)， 比值减小，c错误；d．将H2O（g）从体系中分离，平衡正向移动，比值增大，d正确；E．充入He（g），平衡不移动，比值不改变，e错误，答案选bd。③8g甲醇为0.25mol，KOH是0.25mol，所以甲醇失去电子生成的CO2与氢氧化钾反应生成碳酸氢钾，因此该燃料电池负极的电极反应式为CH3OH－6e－ + 7OH－ = HCO3－+ 5H2O。④由于该反应的△H＞0，△S＜O，△H-T△S＞0，所以不能自发进行。