题目内容
(14分)
已知CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)反应的平衡常数和温度的关系如下:
| |温度/ ℃ | 700 | 800 | 830 | 1000 | 1200 |
| 平衡常数 | 1.7 | 1.1 | 1.0 | 0.6 | 0.4 |
(1)该反应的△H 0(填“<”“ >”“ =”);
(2)830℃时,向一个5 L的密闭容器中充入0.20mol的CO和0.80mol的H2O,反应初始6s内CO的平均反应速率v(CO)="0.003" mol·L-1·s-1,则6S末CO2的物质的量浓度为 ;反应经一段时间后,达到平衡后CO的转化率为 ;
(3)判断该反应是否达到平衡的依据为 (填正确选项前的字母);
a.压强不随时间改变 b.气体的密度不随时间改变
c.c(CO)不随时间改变 d.单位时间里生成CO和H2的物质的量相等
(4)已知1000℃时,要使CO的转化率超过90%,则起始物c(H2O): c(CO)应不低于 ;
(5)某燃料电池以CO为燃料,以空气为氧化剂,以熔融态的K2CO3为电解质,请写出该燃料电池正极的电极反应式 ;
(6)已知CO可用于制备很多物质:
请写出
(每空2分)
(1) < (2分) (2)0.018 mol·L-1 80% (各2分) (3)c d(2分)
(4)14.4(2分)
(5)正极:O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32-(2分)
(6)S(g)+O2(g)= SO2(g) ΔH=-574.0kJmol-1(2分)
解析试题分析:(1)由表中数据可知,温度越高平衡常数越小,说明升高温度平衡向逆反应移动,故正反应是放热反应,即△H<0。
(2)反应初始6s内A的平均反应速率v(CO)=0.003mol?L-1?s-1,则6s内c(CO2)=△c(CO)=0.003mol?L-1?s-1×6s=0.018mol?L?1;CO的起始浓度=0.2mol/5L=0.04mol?L?1。
设平衡时A的浓度变化量为x,则:
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
开始(mol/L):0.04 0.16 0 0
变化(mol/L):x x x x
平衡(mol/L):0.04-x 0.16-x x x
故x?x/(0.04?x)(0.16?x) =1,解得x=0.032mol/L,所以平衡时A的转化率=0.032mol/L ÷0.04mol?L?1×100%=80%
(3)a、该反应前后气体的物质的量不变,压强始终不变,故压强不随时间改变,不能说明到达平衡,错误;b、混合气体的总质量不变,容器的容积不变,故混合气体的密度始终不变,故气体的密度不随时间改变,不能说明到达平衡,错误;c、可逆反应到达平衡时,各组分的浓度不发生变化,故c(CO)不随时间改变,说明到达平衡,正确;d、单位时间里生成CO和H2的物质的量相等,正反应速率等于逆反应速率,说明到达平衡,正确。
(4)设CO、H2O的起始浓度分别为x、y,且CO的转化率为90%,则:
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
起始浓度(mol?L-1) x y 0 0
转化浓度(mol?L-1) 0.9x 0.9x 0.9x 0.9x
平衡浓度(mol?L-1) 0.1x y-0.9x 0.9x 0.9x
K=0.9x?0.9x ÷[0.1x?(y?0.9x)] =0.6,得y/x=14.4,只要增加H2O量,就可提高CO的转化率。
(5)该电池中,正极反应一定是氧气得电子的过程,该电池的电解质环境是熔融碳酸盐,所以电极反应为:O2+2CO2+4e-=2CO32- (或2O2+4CO2+8e-=4CO32-)
(6)根据盖斯定律:S(g)+O2(g)=SO2(g)可由已知反应(③+④-①-②)/2得到,则S(g)与O2(g)反应生成SO2(g)热化学方程式为:S(g)+O2(g)=SO2(g)△H=-574.0kJmol-1。
考点:本题考查化学平衡判断及移动分析、化学反应速率、原电池原理、热化学方程式书写。
(16分)碳及其化合物与人类生产、生活密切相关。请回答下列问题:
(1)在化工生产过程中,少量CO的存在会引起催化剂中毒。为了防止催化剂中毒,常用SO2将CO氧化SO2被还原为S。
已知: C(s)+
(g)=CO(g)ΔH1=-126.4kJ/mol ①
C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2= -393.5kJ·mol-1 ②
S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH3= -296.8kJ·mol-1 ③
则SO2氧化CO的热化学反应方程式:
(2)CO可用于合成甲醇,反应方程式为CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。![]()
①CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1所示,该反应ΔH 0(填“>”或“ <”)。
图2表示CO的转化率与起始投料比[ n(H2)/n(CO)]、温度的变化关系,曲线I、II、III对应的平衡常数分别为K1、K2、K3,则K1、K2、K3的大小关系为 ;测得B(X1,60)点氢气的转化率为40%,则x1= 。
②在恒容密闭容器里按体积比为1:2充入一氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是 (填序号)。
| A.正反应速率先增大后减小 | B.逆反应速率先增大后减小 |
| C.化学平衡常数K值增大 | D.反应物的体积百分含量增大 |
③一定条件下,将2molCO和2molH2置于容积为2L固定的密闭容器中发生上述反应,反应达到平衡时CO与H2体积之比为2∶1,则平衡常数K= 。
(3)最新研究发现,用隔膜电解法可以处理高浓度乙醛废水。
原理:使用惰性电极电解,乙醛分别在阴、阳极转化为乙醇和乙酸,
总反应为:2CH3CHO+H2O
实验室中,以一定浓度的乙醛-Na2SO4溶液为电解质溶液,模拟乙醛废水的 处理过程,其装置示意图如图所示:
①电解过程中,两极除分别生成乙酸和乙醇外,均产生无色气体,阳极电极反应分别为:
4OH--4e-═O2↑+2H2O; 。
②在实际工艺处理过程中,阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1m3乙醛的含量为300mg/L的废水,可得到乙醇 kg(计算结果保留2位小数)