Question

7．（1）将不同物质的量的H₂O（g）和CO（g）分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应：H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		H2O	CO	CO	H2
i	650	2	4	2.4	1.6	5
ii	900	1	2	1.6	0.4	3
iii	900	a	b	c	d	t

①实验组i中以v（CO₂）表示的反应速率为0.16mol•L^-1•min^-1，温度升高时平衡常数会减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②若a=2，b=1，则c=0.6，达平衡时实验组ii中H₂O（g）和实验组iii中CO的转化率的关系为α_ii （H₂O）=α_iii （CO）（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）CO分析仪的传感器可测定汽车尾气是否符合排放标准，该分析仪的工作原理类似于
燃料电池，其中电解质是氧化钇（Y₂O₃）和氧化锆（ZrO₂）晶体，能传导O^2-．
①则负极的电极反应式为CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-．
②以上述电池为电源，通过导线连接成图2．若X、Y为石墨，a为2L 0.1mol/L KCl溶液，写出电解总反应的离子方程式2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．电解一段时间后，取25mL上述电解后的溶液，滴加0.4mol/L醋酸得到图3曲线（不考虑能量损失和气体溶于水，溶液体积变化忽略不计）．根据图二计算，上述电解过程中消耗一氧化碳的质量为2.8g．

Answer 1

分析 （1）①反应速率v（CO₂）=$\frac{△c（CO2）}{△t}$；平衡常数K=$\frac{[CO2]•[H2]}{[CO]•[H2O]}$；对于吸热反应，温度升高，平衡常数变大；对于放热反应，温度升高，平衡常数变小．②平衡转化率等于物质消耗的量与物质的起始量之比．
（2）①原电池负极发生氧化反应，失去电子．②电解池中阳极发生氧化反应，失去电子；电解池阴极发生还原反应，得到电子．可根据电子守恒来计算原电池及电解池相关的计算题．

解答 解：（1）①实验组i中，由H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）可知，在2L的恒容容器中，平衡时各物质的浓度分别为：[H₂O]=0.2mol•L^-1，[CO]=1.2mol•L^-1，[CO₂]=0.8mol•L^-1，[H₂]=0.8mol•L^-1；所以反应速率v（CO₂）=$\frac{[CO2]}{△t}$=$\frac{0.8mol•L-}{5min}$=0.16mol•L^-1•min^-1．在650℃下，平衡常数K₁=$\frac{[CO2]•[H2]}{[CO]•[H2O]}$=$\frac{0.8mol•L-1×0.8mol•L-1}{0.2mol•L-1×1.2mol•L-1}$≈2.67；900℃时，平衡时各物质的浓度分别为：[H₂O]=0.3mol•L^-1，[CO]=0.8mol•L^-1，[CO₂]=0.2mol•L^-1，[H₂]=0.2mol•L^-1，平衡常数K₂=$\frac{0.2mol•L-1×0.2mol•L-1}{0.3mol•L-1×0.8mol•L-1}$≈0.17，温度升高，K₂小于K₁．
故答案为：0.16mol•L^-1•min^-1；减小．
②在实验组iii中，由H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）可知，在2L的恒容容器中，平衡时各物质的浓度分别为：[H₂O]=$\frac{2-d}{2}$mol•L^-1，[CO]=$\frac{1-d}{2}$mol•L^-1，[CO₂]=$\frac{d}{2}$mol•L^-1，[H₂]=$\frac{d}{2}$mol•L^-1；在900℃时，K2=$\frac{（2-d）•（1-d）}{{d}^{2}}$=0.17，解得d=0.4，由等量关系可得c=1-0.4=0.6；达平衡时实验组ii中H₂O（g）的转化率α_ii （H₂O）=$\frac{0.4mol}{1mol}$×100%=40%，实验组iii中CO的转化率α_iii （CO）=$\frac{0.4mol}{1mol}$×100%=40%，所以α_ii （H₂O）=α_iii （CO）．
故答案为：0.6；=．
（2）①负极CO发生氧化反应与O^2-结合生成CO₃^2-，负极电极反应式为：CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-；
故答案为：CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-．
②电解池中阳极反应：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，阴极反应：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，因此总电解方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；根据图知，KOH溶液的pH=13，常温下，KOH的浓度是0.1mol/L，则n（KOH）=0.1mol/L×2L=0.2mol，根据2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑知，生成0.2mol氢氧根离子转移电子的物质的量=$\frac{0.2mol}{2}$×2=0.2mol，燃料电池的负极反应方程式是CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-，消耗1molCO转移电子数=2mol，因此当转移0.2mol电子时消耗CO的物质的量为0.1mol，则CO的质量=0.1mol×28g/mol=2.8g；
故答案为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；2.8g．

点评 本题难度较大，综合性强，综合了化学反应速率、平衡，以及原电池电解池等知识，非常好的一道题．