Question

6．对碳及其氧化物的化学热力学、动力学研究有助于人类充分利用化石燃料，消除氧化物对环境的负面影响．
（1）25℃时，石墨和CO的燃烧热分别为：393.5kJ/mol、283.0kJ/mol．请写出石墨不完全燃烧时的热化学方程式C（石墨，s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5 kJ/mol．
（2）25℃时，反应2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）的平衡常数K=2.96×10^-92．在一个体积可变的密闭容器中（起始时容器体积为1L）充入一定量CO₂、CO、O₂的混合气体，要使容器中的反应开始时向CO₂分解的方向进行，起始时三种气体的物质的量浓度应满足的关系是$\frac{{c}^{2}（CO）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2（}C{O}_{2}）}$＜2.96×10^-92．当该反应在25℃时达到平衡后，其他条件不变时，升高温度或增加容器的压强，均能使该平衡发生移动，请在坐标中作出该反应的平衡常数K随温度（T）、压强（p）变化的示意图．
（3）1600℃时，反应2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）的平衡常数K=1.0×10⁸．经测定，汽车尾气中CO和CO₂气体的浓度分别为4.0×10^-5mol/L和4.0×10^-4mol/L．若在汽车的排气管上增加一个1600℃时的补燃器，并不断补充O₂使其浓度始终保持为4.0×10^-4mol/L．则经补燃处理后尾气中CO的浓度为2.0×10^-6mol/L．（结果保留两位有效数字）
（4）以CO和O₂为电极燃料，以熔融K₂CO₃为电解质组成燃料电池，请写出该电池的负极反应式CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂．

Answer 1

分析 （1）根据已知反应的热化学方程式结合盖斯定律分析；
（2）要使反应向正反应方程进行，则浓度商应小于平衡常数；由于一氧化碳燃烧的反应为放热反应，所以反应2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）为吸热反应，平衡常数只受温度影响，根据温度和压强对平衡常数的影响画图；
（3）根据K=$\frac{{c}^{2}（CO{\;}_{2}）}{{c}^{2}（CO）c（O{\;}_{2}）}$，利用氧气、二氧化碳的溶液可计算得一氧化碳的溶液；
（4）以CO和O₂为电极燃料，以熔融K₂CO₃为电解质组成燃料电池，该电池的负极为还原剂CO发生氧化反应生成二氧化碳，据此书写电极反应式．

解答 解：（1）25℃时，1mol 石墨和1mol CO完全燃烧放出热量分别为393.5kJ、283.0kJ，
则①C（石墨，s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol，
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ/mol
根据盖斯定律①-②得：C（石墨，s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）；△H=-110.5 kJ/mol；
故答案为：C（石墨，s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5 kJ/mol；
（2）要使反应向正反应方程进行，则浓度商应小于平衡常数，所以有$\frac{{c}^{2}（CO）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2（}C{O}_{2}）}$＜2.96×10^-92；由于一氧化碳燃烧的反应为放热反应，所以反应2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）为吸热反应，升高温度，平衡常数增大，平衡常数只受温度影响，所以平衡常数K随温度（T）、压强（p）变化的示意图为，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（CO）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2（}C{O}_{2}）}$＜2.96×10^-92；；
（3）根据K=$\frac{{c}^{2}（CO{\;}_{2}）}{{c}^{2}（CO）c（O{\;}_{2}）}$，有c（CO）=$\sqrt{\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{Kc（{O}_{2}）}}$=$\sqrt{\frac{（4.0×1{0}^{-4}）^{2}}{1.0×1{0}^{8}×4.0×1{0}^{-4}}}$mol/L=2.0×10^-6mol/L，
故答案为：2.0×10^-6mol/L；
（4）以CO和O₂为电极燃料，以熔融K₂CO₃为电解质组成燃料电池，该电池的负极为还原剂CO发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂，
故答案为：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂．

点评 本题考查了燃料电池的电极方程式的书写、盖斯定律的应用、平衡移动、反应速率图象等，考查的知识点较多，侧重于考查学生的综合能力，题目难度中等．