题目内容
已知：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=Q，其平衡常数随温度变化如表所示：| 温度/℃ | 400 | 500 | 850 |
| 平衡常数 | 9.94 | 9 | 1 |
（1）上述反应的化学平衡常数表达式为：
（2）850℃时在体积为10L反应器中，通入一定量的CO和H2O（g），发生上述反应，CO和H2O（g）浓度变化如图所示，则0～4min时平均反应速率v（CO）=
（3）若在500℃时进行，且CO、H2O（g）的超始浓度均为0.020mol/L，该条件下，CO的最大转化率为
（4）若在850℃时进行，设起始时CO和H2O（g）共为1mol，其中水蒸气的体积分数为x，平衡时CO的转化率为y，试推导y随x变化的函数关系式为
（5）某电化学装置可实现2CO2═2CO+O2的转化，使CO重复使用．已知该反应的阳极反应为4OH--4e-═2H2O+O2，则阴极反应式为
（6）有人提出可以设计反应2CO═2C+O2（△H＞0）来消除CO的污染，请判断上述反应能否发生
考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算
专题：化学平衡专题
分析：（1）根据平衡常数的表达式及反应CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）写出该反应的平衡常数；由表可知，温度越高，平衡常数越小，反应进行程度越小，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热方向移动；
（2）根据图象中CO的浓度变化及v=
计算0～4min时平均反应速率v（CO）；
（3）到达平衡时转化率最大，令平衡时CO的浓度变化量为cmol/L，根据三段式法用c表示出平衡时各组分个浓度，再利用平衡常数列方程，求出c，再利用转化率定义计算；
（4）起始时水的物质的量为xmol，转化的CO的物质的量为 （1-x）ymol，利用三段式法求出平衡时各组分的物质的量，代入800℃平衡常数，据此解答；
（5）阴极发生还原反应，CO2被还原生成CO，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式；
（6）根据吉布斯自由能的大小判断反应能否进行．
（2）根据图象中CO的浓度变化及v=
| △c |
| △t |
（3）到达平衡时转化率最大，令平衡时CO的浓度变化量为cmol/L，根据三段式法用c表示出平衡时各组分个浓度，再利用平衡常数列方程，求出c，再利用转化率定义计算；
（4）起始时水的物质的量为xmol，转化的CO的物质的量为 （1-x）ymol，利用三段式法求出平衡时各组分的物质的量，代入800℃平衡常数，据此解答；
（5）阴极发生还原反应，CO2被还原生成CO，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式；
（6）根据吉布斯自由能的大小判断反应能否进行．
解答：
解：（1）CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）的平衡常数为：K=；由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，反应进行程度越小，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热方向移动，故正反应为放热反应，△H=Q＜0，
故答案为：K=
；＜；
（2）v（CO）=
=0.03mol/（L?min），
故答案为：0.03mol/（L?min）；
（3）设CO的浓度变化量为c，则
CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），
起始（mol/L）：0.02 0.02 0 0
转化（mol/L）：c c c c
平衡（mol/L）：0.02-c 0.02-c c c
代入500℃时反应平衡常数有k=
=
=9，解得c=0.015，
CO的最大所以转化率为：
×100%=75%，
故答案为：75%；
（4）因800℃时反应平衡常数为1．起始时水的物质的量为xmol，CO的物质的量为 （1-x）mol，则
CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），
起始（mol/L）：（1-x） x 0 0
转化（mol/L）：（1-x）y （1-x）y （1-x）y （1-x）y
平衡（mol/L）：（1-x）（1-y） （x-y+xy）（1-x）y （1-x）y
所以平衡常数k=
=1，解得y=x，
故答案为：y=x；
（5）总反应式为2CO2=2CO+O2，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式，所以阴极反应为：2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-，
故答案为：2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-；
（6）反应2CO=2C+O2（△H＞0、△S＜0），则△G=△H-T?△S＞0，反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行，
故答案为：不能；该反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行．
故答案为：K=
| c(CO2)?c(H2) |
| c(CO)?c(H2O) |
（2）v（CO）=
| 0.20mol/L-0.08mol/L |
| 4min |
故答案为：0.03mol/（L?min）；
（3）设CO的浓度变化量为c，则
CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），
起始（mol/L）：0.02 0.02 0 0
转化（mol/L）：c c c c
平衡（mol/L）：0.02-c 0.02-c c c
代入500℃时反应平衡常数有k=
| c(CO2)?c(H2) |
| c(CO)?c(H2O) |
| c×c |
| (0.02-c)×(0.02-c) |
CO的最大所以转化率为：
| 0.015 |
| 0.2 |
故答案为：75%；
（4）因800℃时反应平衡常数为1．起始时水的物质的量为xmol，CO的物质的量为 （1-x）mol，则
CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），
起始（mol/L）：（1-x） x 0 0
转化（mol/L）：（1-x）y （1-x）y （1-x）y （1-x）y
平衡（mol/L）：（1-x）（1-y） （x-y+xy）（1-x）y （1-x）y
所以平衡常数k=
| (1-x)y×(1-x)y |
| (1-x)(1-y)×(x-y+xy) |
故答案为：y=x；
（5）总反应式为2CO2=2CO+O2，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式，所以阴极反应为：2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-，
故答案为：2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-；
（6）反应2CO=2C+O2（△H＞0、△S＜0），则△G=△H-T?△S＞0，反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行，
故答案为：不能；该反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行．
点评：本题考查化学反应速率和化学平衡有关知识的综合应用、原电池工作原理，同时考查学生用数学知识解决化学问题的能力，难度较大，注意（1）平衡常数书写，（4）根据平衡常数表达式及化学平衡三段式列式计算．
练习册系列答案
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下列说法错误的是（ ）
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下列反应的离子方程式书写错误的是（ ）
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在一个容积固定的反应器中，有一可左右滑动的密封隔板，两侧进行如图所示的反应（均加有适量的新型固体催化剂，其体积可忽略不计）