Question

【題目】實施以節約能源和減少廢氣排放為基本內容的節能減排政策，是應對全球氣候問題、建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇。試運用所學知識，回答下列問題：

（1）已知在一定溫度下，①C(s)+CO2(g) 2CO(g) △H1=a kJ/mol 平衡常數K1；

②CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g) △H2=b kJ/mol 平衡常數K2；

某反應的平衡常數表達式K3=，請寫出此反應的熱化學方程式:__________，K1、K2、K3之間的關系是：_____________。

（2）將原料氣按n(CO2):n(H2)=1：4置于密閉容器中發生CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)反應，測得H2O(g)的物質的量分數與溫度的關系如圖所示

（虛線表示平衡曲線）。

①該反應的平衡常數K隨溫度降低而________（填“增大”或“減小”）。

②在密閉恒溫（高于100℃）恒容裝置中進行該反應，下列能說明達到平衡狀態的是_____。

A．混合氣體密度不再改變

B．混合氣體壓強不再改變

C．混合氣體平均摩爾質量不再改變

D. n(CO2):n(H2)=1:2

③200℃達到平衡時體系的總壓強為p，該反應平衡常數Kp的計算表達式為______。（不必化簡，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）

（3）500℃時，CO與水反應生成CO2和H2。將CO2和H2分離得到H2的過程示意圖如下。

①吸收池中所有離子濃度的等式關系是____________________________。

②結合電極反應式，簡述K2CO3溶液的再生原理：___________________。

Answer 1

【答案】 K3= K1·K2 C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H= (a+b) kJ/mol 增大 BC c(K+) + c(H+) == 2c(CO32-) + c(HCO3-) + c(OH-) 陰極反應：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，OH-+HCO3-=CO32-+H2O，使K2CO3溶液得以再生。

【解析】平衡常數為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，平衡常數中，分子為生成物，分母為反應物，所以該方程式為：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ，根據蓋斯定律，①和②相加得此反應，△H= (a+b) kJ/mol ，因此，該反應的熱化學方程式為： C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H= (a+b) kJ/mol ，根據化學方程式可知：K1=c2(CO)/c(CO2)， K2=c(H2) c(CO2)/c(CO)c(H2O) ，K3=，所以：K3= K1·K2 。

（2）①根據圖中平衡時H2O(g)的物質的量分數隨溫度的降低而增大，可知該反應正反應為放熱反應，K隨溫度升高而減小，K隨溫度降低而增大。

②根據在密閉恒溫（高于100℃）恒容裝置中進行該反應CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)；可知A．混合氣體密度不會改變，所以不能作為平衡的依據，故A錯；B．由反應可知兩邊計量數不相等，混合氣體壓強不再改變標志達到平衡，故B正確；C．混合氣體平均摩爾質量不再改變，M=m/n,說明n不再改變，說明達到平衡了，故C正確；D. n(CO2):n(H2)=1:2不符合化學平衡的定義，不能作為判斷平衡的依據，故D錯。本題答案：BC。

③在密閉容器里全部由氣體產于的反應中，平衡時氣體壓強之比=氣體物質的量之比=氣體物質的量濃度之比。根據200℃反應達到平衡時H2O(g)的物質的量分數，可知平衡時H2O(g)所占的壓強為0.6p，根據化學方式可知CH4所占的壓強為0.3p，因此CO2和H2所占的壓強為0.1p。根據初始投料比以及CO2和H2化學計量數之比可知達到平衡時，兩者的物質的量之比也為1:4，故平衡時CO2所占的壓強為0.02p和H2所占的壓強為0.08p，故可寫出Kp的計算表達式為。

（3）①由圖示已知吸收池用的是K2CO3溶液，吸收CO2，離子方程式為：CO32-+CO2+H2O=HCO3-，根據電荷守恒知 c(K+) + c(H+) == 2c(CO32-) + c(HCO3-) + c(OH-) ②已知惰性電極電解池中的電解液是KHCO3,陰極水放電生成氫氣，陰極附近c(OH-)增大，OH-+HCO3-=CO32-+H2O，K+向陰極移動，使K2CO3溶液的得以再生。