Question

13．“低碳循环”引起各国的高度重视，已知煤、甲烷等可以与水蒸气反应生成以CO和H₂为主的合成气，合成气有广泛应用．试回答下列问题：
（1）高炉炼铁是CO气体的重要用途之一，其基本反应为：
FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）△H＞0．
已知在1100^°C时，该反应的化学平衡常数K=0.263．
①温度升高，平衡移动后达到新平衡，此时平衡常数值增大（填“增大”“减小”“不变”）；
②1100^°C时测得高炉中，c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，则在这种情况下，该反应这一时刻向右进行（填“左”或“右”）．
（2）目前工业上也可用CO₂来生产燃料甲醇，有关反应为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-49.0KJmol^-1，某温度下，向体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，反应过程中测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间的变化如图所示．
①反应开始至平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=0.225mol•（L•min）^-1，CO₂的转化率为75%．
该温度下上述反应的平衡常数K=$\frac{16}{3}$．
②反应达到平衡后，下列能使$\frac{{c（C{H_3}OH）}}{{c（C{O_2}）}}$的值增大的措施是bd填符号
a．升高温度    b．再充入H₂ c．再充入CO₂ d．将H₂O（g）从体系中分离    e．充入He（g）
③新型高效的甲醇CH₃OH燃料电池采用Pt为电极材料，两个电极上分别通入CH₃OH和O₂，KOH溶液为电解质，是写出上述电池负极的电极反应式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．若电池工作一段时间后，消耗标准状况下的氧气11.2L，则该过程转移电子2mol．

Answer 1

分析 （1）①升高温度平衡向吸热方向移动，根据平衡移动的方向判断平衡常数K值变化；
②计算浓度商，与平衡常数比较，可判断反应是否达到平衡状态；
（2）①根据CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间的变化的图示，先根据甲醇的浓度变化计算出消耗的氢气的浓度，再计算出氢气的平均反应速率；根据三行式求各组分的物质的量浓度，然后根据表达式计算；
②要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，应使平衡向正反应方向移动；
③燃料电池负极上市燃料失电子的氧化反应，据此书写发生反应的电极反应式；氧气的物质的量为：0.5mol，而1mol氧气转移4mol电子，由此分析解答．

解答 解：（1）①反应吸热，升高温度平衡向正反应方向移动，则高炉内CO₂和CO体积比值增大，平衡常数K值增大，
故答案为：增大；
②1100℃时测得高炉中c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，在这种情况下，浓度商Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{0.025mol/L}{0.1mol/L}$=0.25＜0.263，所以此时反应未达到化学平衡，反应向着正向进行，正反应速率大于逆反应速率；
故答案为：右；
（2）①根据图示可知，10min达到平衡状态，甲醇浓度为0.75mol/L，由反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）可知，消耗氢气的浓度为：0.75mol/L×3=2.25mol/L，氢气平均反应速率为：$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L•min），
                 CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
c（初）：1               3                0                      0     
c（变）：0.75             2.25           0.75                0.75
c（平）：0.25          0.75             0.75                 0.75
所以CO₂的转化率为$\frac{0.75}{1}×100%$=75%，K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
故答案为：0.225；75%；$\frac{16}{3}$；
②n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）向着正向移动，
a．升高温度，该反应放热，升高温度，平衡向着逆向移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故错误；
b．再充入H₂，平衡向着正向移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故正确；
c．再充入CO₂，平衡向着正向移动，但是二氧化碳浓度增加的大于甲醇增大浓度，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故错误；
d．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向着正向移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故正确；
e．充入He（g），各组分浓度不变，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故错误；
故答案为：bd；
③燃料电池负极上是燃料失电子的氧化反应，发生反应的电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，氧气的物质的量为：0.5mol，而1mol氧气转移4mol电子，所以转移电子的物质的量为2mol，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；2．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡计算以及平衡移动等问题，题目难度较大，注意根据图象计算各物质的平衡浓度为解答该题的关键．