Question

【題目】節(jié)能和減排建設(shè)友好型社會的必然選擇。回答下列問題：

(1)已知在一定溫度下，①C(s)+CO2(g) 2CO(g) ΔH1=a kJ·mol-1 平衡常數(shù)K1；

②CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g) ΔH2=b kJ·mol-1 平衡常數(shù)K2。

某反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K3= ，請寫出此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式______________，K1、K2、K3之間的關(guān)系是_____________。

(2)將原料氣按n(CO2)∶n(H2)=1∶4置于密閉容器中發(fā)生CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)反應(yīng)，測得H2O(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如下圖所示：

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度降低而________（填“增大”或“減小”）。

②在密閉恒溫（高于100℃）恒容裝置中進(jìn)行該反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。

a．混合氣體密度不再改變 b．混合氣體壓強不再改變

c．混合氣體平均摩爾質(zhì)量不再改變 d．n(CO2)∶n(H2)=1:2

③200℃達(dá)到平衡時體系的總壓強為P，該反應(yīng)平衡常數(shù)Kp的計算表達(dá)式為______（不必化簡，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

(3)500℃時，CO與水反應(yīng)生成CO2和H2，將其分離得到H2的過程示意圖如下：

①陽極反應(yīng)式是_______________________________________________。

②結(jié)合電極反應(yīng)式，簡述K2CO3溶液的再生原理___________________。

Answer 1

【答案】C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH= (a+b) kJ·mol-1 K3= K1·K2 增大 bc 2H2O-4e-=O2+4H+ 陰極反應(yīng)：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，OH-+HCO3-=CO32-+H2O，使K2CO3溶液得以再生

【解析】

(1) 平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，平衡常數(shù)中，分子為生成物，分母為反應(yīng)物和質(zhì)量恒定律分析解題；根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式推斷；

(2)①根據(jù)平衡線分析，溫度降低，H2O的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，則溫度降低有利于反應(yīng)正向進(jìn)行；

②根據(jù)平衡狀態(tài)的特征逐一分析判斷，特別注意混合氣體的密度為ρ＝，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量大小為；

③根據(jù)方程式計算平衡時各組分的分壓，代入分壓平衡常數(shù)表達(dá)式計算；

(3) CO2和H2用K2CO3溶液洗滌后，逸出H2，同時得到KHCO3溶液，再用惰性電極電解KHCO3溶液，陽極有H2生成，陰極有CO2和O2生成。

(1)某反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K3=，則生成物為CO和H2，反應(yīng)物有H2O，結(jié)合原子守恒可知，另一種反應(yīng)物是C，且為固態(tài)，則此反應(yīng)的化學(xué)方程式為C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；已知：①C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH1=a kJ·mol-1平衡常數(shù)K1=，②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH2=b kJ·mol-1平衡常數(shù)K2=，根據(jù)蓋斯定律：①+②可得C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，則△H= (a+b) kJ·mol-1，故該反應(yīng)的化學(xué)方程式為C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH= (a+b) kJ·mol-1；K3==×=K1×K2；

(2)①根據(jù)平衡線分析，溫度降低，H2O的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，則溫度降低有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，所以該反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度降低而增大；

②a．混合氣體的密度為ρ＝，反應(yīng)前后，質(zhì)量守恒，氣體質(zhì)量m不變，容器容積V不變，所以混合氣體的密度始終不變，不能說明反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡，故錯誤；

b．反應(yīng)前后氣體分子數(shù)改變，壓強變化，可以通過壓強判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡，故b正確；

c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量大小為，反應(yīng)前后m不變，n改變，可以通過混合氣體的平均相對分子質(zhì)量變化判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡，故c正確；

d．CO2和H2的物質(zhì)的量之比取決于二者的出入量和化學(xué)反應(yīng)計量，不能通過n(CO2)：n(H2)=1：2說明化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡，故d錯誤；

故答案為bc；

③將原料氣按n(CO2)：n(H2)=1：4置于密閉容器中發(fā)生CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)反應(yīng)，不妨取1molCO2和4molH2；

200℃達(dá)到平衡時H2O的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.6，即＝0.6，可得x=，所以平衡體系中，p(CO2)=0.6p，p(CH4)=0.3p，p(CO2)=0.02p，p(H2)=0.08p，則該反應(yīng)平衡常數(shù)Kp的計算表達(dá)式為Kp==；

(3)①陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是2H2O-4e-=O2+4H+；

②將吸收池中的溶液電解，重新生成CO2，并產(chǎn)生O2，可以再生K2CO3，電解時H2O放電產(chǎn)生OH-，OH-與HCO3-反應(yīng)生成CO32-，達(dá)到再生的目的，可以解釋為：陰極反應(yīng)：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，OH-+HCO3-=CO32-+H2O，使K2CO3溶液得以再生。