Question

【题目】资源化利用CO具有重要意义。

(1)CO可设计成燃料电池，熔融Li2CO3和Na2CO3的混合物作为燃料电池的电解质，氧化剂是含CO2的O2，工作时正极反应为__________________，以该燃料电池为电源处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，同时制得副产物氢气，装置如图所示(电极均为石墨电极)。该装置中应选用_______(填“阴”或“阳”)离子交换膜，写出电解时NO2发生反应的电极反应式：___________________。

(2)CO是高炉炼铁的重要还原剂，炼铁时发生的主要反应有：

反应	△H(kJ/mol)
I. Fe2O3(s)+3C(s) 2Fe(s)+3CO(g)	+489
II. Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g)	-27
III. C(s)+CO2(g) 2CO(g)	X

试计算，试计算，X=_________。

T1℃时，向某恒温密闭容器中加入一定量的Fe2O3和C，发生反应I，反应达到平衡后，在t1时刻改变某条件，v(逆)随时间(t)的变化关系如图所示，则t1时刻改变的条件可能是_____________________。

a．保持温度、体积不变，使用催化剂 b．保持体积不变，升高温度

c．保持温度不变，压缩容器体积 d．保持温度、体积不变，充入CO

(3)在一定温度下，向某体积可变的恒压(P总)密闭容器中加入1mol CO2与足量的碳发生反应III，平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。

①650℃时，反应达平衡后CO2的转化率为____________。

②T℃时，该反应达到平衡时下列说法不正确的是__________________。

a．气体密度保持不变

b．2v正(CO2)=v正(CO)

c．若保持其它条件不变再充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动

d．若保持其它条件不变再充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动

e．若其它条件不变将容器体积压缩至一半并维持体积不变，再次达平衡时压强小于原平衡的2倍

③根据图中数据，计算反应III在T℃时用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数KP=___________(设总压强为P总，用含P总的代数式表示)

Answer 1

【答案】O2+2CO2+4e-=CO32- 阳 NO2 – e-+H2O=NO3-+2H+ +172 cd 25% cd 0.5 P总

【解析】

(1)在负极上CO放电，CO失电子结合CO32-生成CO2：CO-2e-+CO32-=2CO2；正极上CO2放电，CO2结合O2得到电子生成CO32-，电极反应式为：O2+2CO2+4e-=2CO32-；电解时，左室中电极上H+放电生成H2，则左室为阴极室，右室为阳极室，阳极上通入的是氮氧化物，生成的硝酸，阳极发生的反应为：NO2-e-+H2O=NO3-+2H+，右室中阳离子浓度增大，左室中水电离产生的H+放电，附近溶液的阳离子浓度降低，破坏了水的电离平衡，溶液中的阳离子由右室进入左室，所以离子交换膜为阳离子交换膜；

(2)( I-II)÷3可得：C(s)+CO2(g)2CO(g) △H=+172kJ/mol；

a．保持温度、体积不变，使用催化剂，可以使正、逆反应速率都增大，但是平衡不发生移动，达到平衡时逆反应速率比原来的逆反应速率大，a错误；

b．保持体积不变，升高温度，正反应、逆反应速率增大，化学平衡常数改变，CO浓度不会回到原平衡状态，b错误；

c．保持温度不变，压缩容器体积，物质的浓度增大，反应速率加快，由于温度不变，所以化学平衡常数不变，CO决定化学平衡常数，最终CO浓度仍然回到原平衡状态，c正确；

d．保持温度、体积不变，充入CO，化学反应速率增大，不改变化学平衡常数，CO决定化学平衡常数，最终CO浓度仍然回到原平衡状态，d正确；

故合理选项是cd；

(3)①反应III为：C(s)+CO2(g)2CO(g)

起始(mol) 1 0

转化(mol) x 2x

平衡(mol) 1-x 2x

=60%，可得x=，所以CO2的转化率为25%；

②a．由于反应混合物不全为气体，所以若气体密度保持不变，则反应处于平衡状态，a正确；

b．由于方程式中CO2、CO的系数比为1:2，所以任何时刻都存在2v正(CO2)=v正(CO)，b正确；

c．若保持其它条件不变再充入等体积的CO2和CO，相当于CO2增大的多，所以化学平衡向正反应方向移动，c错误；

d．若保持其它条件不变再充入惰性气体，由于物质的浓度不变，所以v正、v逆均不变，平衡不移动，d错误；

e．若其它条件不变将容器体积压缩至一半并维持体积不变，由于体积减小导致物质的浓度都增大，体系的压强增大，平衡向气体体积减小的逆反应方向移动，所以再次达平衡时压强小于原平衡的2倍，e正确；

故合理选项是cd；

③对于反应III，根据图中数据可知，在T℃时CO占总压强的，所以若用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数KP= p(总)。