Question

在一固定容积的密闭容器中进行着如下反应：
CO₂(g) + H₂(g)   CO(g) + H₂O(g)，其平衡常数Ｋ和温度t的关系如下：

t℃	700	800	850	1000	1200
K	2.6	1.7	1.0	0.9	0.6

(1) K的表达式为：　         　  　　；该反应的正反应为　　        　反应（“吸热”或“放热”）
(2) 能判断该反应是否已经达到化学平衡状态的是：               
Ａ．容器中压强不变　　      Ｂ．混合气体中CO浓度不变
Ｃ．v(H₂)正= v(H₂O)逆　　    D．c(CO₂) = c(CO)　
（3）某研究小组利用反应：CO(g)+H₂O(g)  H₂(g)+CO₂(g)  △H=－41.2kJ/mol，制备CO₂与H₂的混合气体。用碱液吸收一定量CO₂的方法来提高混合气中H₂与CO₂的体积比。若以1L1.5mol/L的NaOH溶液充分吸收了22.4L（已折算为标准状况下体积）CO₂，则吸收后溶液中各离子浓度从大到小的顺序是                                。
（4）如将H₂与CO₂以4:1的体积比混合，在适当的条件下可制得CH₄。已知：
CH₄ (g) + 2O₂(g)  CO₂(g)+ 2H₂O（1）  ΔH₁＝－890.3 kJ/mol 
H₂(g) + 1/2O₂(g)  H₂O（1）           ΔH₂＝－285.8 kJ/mol 
则CO₂(g)与H₂(g)反应生成CH₄(g)与液态水的热化学方程式是                     。
（5）熔融盐燃料电池如下图：

该图是以熔融碳酸盐为电解质，以CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。已知负极的电极反应是CH₄ +4CO₃^2－－8e^－=5CO₂+2H₂O。正极的电极反应是_______ 。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此电池工作时必须有部分A物质参加循环，则A物质的化学式是_________。实验过程中，若通入了标准状况下空气448L（假设空气中O₂体积分数为20%），则熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH₄____________L。

Answer 1

（1）；    放热；
（2）B、C；
（3）c(Na⁺)>c(HCO₃^-)>c(CO₃^2-)>c(OH^-)>c(H⁺)
（4）CO₂(g)+4H₂(g)=CH₄(g)+2H2O(l) ΔH=－252.9kJ/mol
（5）O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-    CO₂  44.8

试题分析：（1）反应CO₂(g) + H₂(g)   CO(g) + H₂O(g) 平衡常数表达式为。由表格中数据可知，随着温度升高，平衡常数减少，说明正反应是放热反应。（2）容器容积固定，反应前后气体物质的量不变，所以无论是平衡状态还是非平衡状态，容器中压强均不变，A错误；化学平衡状态的标志是正、逆反应速率相等，各组分浓度保持不变，所以CO浓度保持不变的状态是平衡状态，B正确；H₂和H₂O的计量数比为1：1，所以v(H₂)_正= v(H₂O)_逆的状态是平衡状态，C正确；二氧化碳与一氧化碳浓度相等不能作为判断反应是平衡状态的标志，平衡时二者浓度可能相等也可能不等，与二氧化碳起始投料和二氧化碳的转化率有关系，D错误。（3）CO₂与NaOH反应有两种情况：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O、NaOH+CO₂=NaHCO₃，题中CO₂与NaOH物质的量比为2：3，介于1：1与1：2之间，所以1molCO₂与1.5molNaOH生成Na₂CO₃和NaHCO₃，设Na₂CO₃、NaHCO₃物质的量分别为x、y，由C守恒得x+y=1；由Na守恒得2x+y=1.5，解得x=y=0.5mol。CO₃^2-水解生成HCO₃^-和OH^-，所以溶液中离子浓度由大到小的顺序为c(Na⁺)>c(HCO₃^-)>c(CO₃^2-)>c(OH^-)>c(H⁺)。（4）CO₂(g)+4H₂(g)=CH₄(g)+2H2O(l)  ΔH=4ΔH₂－ΔH₁＝－252.9 kJ/mol。（5）电池中介质为熔融碳酸盐，正极通入的是氧气，正极反应为O₂+4e^-=2O^2-、O^2-+CO₂=CO₃^2-，将二式相加即得O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-。由电极反应可知图中的A为CO₂。由正、负极电子转移相等得CH₄～8e^-～2O₂，所以通入的O₂为4mol时反应的CH₄为2mol。
点评：本题（5）也可先写出燃料电池总反应CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O，用总反应减去负极电极反应式即得正极电极反应式。