Question

（14分）
已知CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)反應的平衡常數和溫度的關系如下：

|溫度/ ℃	700	800	830	1000	1200
平衡常數	1.7	1.1	1.0	0.6	0.4

回答下列問題：
（1）該反應的△H          0（填“<”“ >”“ =”)；
（2）830℃時，向一個5 L的密閉容器中充入0.20mol的CO和0.80mol的H₂O，反應初始6s內CO的平均反應速率v(CO)="0.003" mol·L^-1·s^-1，則6S末CO₂的物質的量濃度為               ；反應經一段時間后，達到平衡后CO的轉化率為              ；
（3）判斷該反應是否達到平衡的依據為                (填正確選項前的字母)；   
a．壓強不隨時間改變           b.氣體的密度不隨時間改變
c.c(CO)不隨時間改變           d.單位時間里生成CO和H₂的物質的量相等   
（4）已知1000℃時，要使CO的轉化率超過90%，則起始物c(H₂O): c(CO)應不低于       ；
（5）某燃料電池以CO為燃料，以空氣為氧化劑，以熔融態的K₂CO₃為電解質，請寫出該燃料電池正極的電極反應式                                             ；
（6）已知CO可用于制備很多物質：
       ΔH＝+8.0kJ·mol^－1
       ΔH＝+90.4kJ·mol^－1
               ΔH＝-556.0kJ·mol^－1
               ΔH＝-483.6kJ·mol^－1
請寫出與反應生成熱化學方程式                      。

Answer 1

（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）正極：O₂ + 4e^- + 2CO₂ = 2CO₃^2-（2分） 
（6）S（g）+O₂（g）= SO₂（g）  ΔH=-574.0kJmol^-1（2分）

解析試題分析：（1）由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，說明升高溫度平衡向逆反應移動，故正反應是放熱反應，即△H＜0。
（2）反應初始6s內A的平均反應速率v（CO）=0.003mol?L^-1?s^-1，則6s內c（CO2）=△c（CO）=0.003mol?L^-1?s^-1×6s=0.018mol?L?¹；CO的起始濃度=0.2mol/5L=0.04mol?L?¹。
設平衡時A的濃度變化量為x，則：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol/L）：0.04  0.16    0    0
變化（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，所以平衡時A的轉化率=0.032mol/L    ÷0.04mol?L?¹×100%=80%
（3）a、該反應前后氣體的物質的量不變，壓強始終不變，故壓強不隨時間改變，不能說明到達平衡，錯誤；b、混合氣體的總質量不變，容器的容積不變，故混合氣體的密度始終不變，故氣體的密度不隨時間改變，不能說明到達平衡，錯誤；c、可逆反應到達平衡時，各組分的濃度不發生變化，故c（CO）不隨時間改變，說明到達平衡，正確；d、單位時間里生成CO和H₂的物質的量相等，正反應速率等于逆反應速率，說明到達平衡，正確。
（4）設CO、H₂O的起始濃度分別為x、y，且CO的轉化率為90%，則：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol?L^-1）   x   y　　　 0　　　0
轉化濃度（mol?L^-1）  0.9x 　0.9x   0.9x　 0.9x
平衡濃度（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的轉化率。
（5）該電池中，正極反應一定是氧氣得電子的過程，該電池的電解質環境是熔融碳酸鹽，所以電極反應為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-）
（6）根據蓋斯定律：S（g）+O₂（g）=SO₂（g）可由已知反應（③+④-①-②）/2得到，則S（g）與O₂（g）反應生成SO₂（g）熱化學方程式為：S（g）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-574.0kJmol^-1。
考點：本題考查化學平衡判斷及移動分析、化學反應速率、原電池原理、熱化學方程式書寫。