Question

【題目】資源化利用CO具有重要意義。

(1)CO可設計成燃料電池，熔融Li2CO3和Na2CO3的混合物作為燃料電池的電解質，氧化劑是含CO2的O2，工作時正極反應為__________________，以該燃料電池為電源處理含氮氧化物廢氣，可回收硝酸，同時制得副產(chǎn)物氫氣，裝置如圖所示(電極均為石墨電極)。該裝置中應選用_______(填“陰”或“陽”)離子交換膜，寫出電解時NO2發(fā)生反應的電極反應式：___________________。

(2)CO是高爐煉鐵的重要還原劑，煉鐵時發(fā)生的主要反應有：

反應	△H(kJ/mol)
I. Fe2O3(s)+3C(s) 2Fe(s)+3CO(g)	+489
II. Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g)	-27
III. C(s)+CO2(g) 2CO(g)	X

試計算，試計算，X=_________。

T1℃時，向某恒溫密閉容器中加入一定量的Fe2O3和C，發(fā)生反應I，反應達到平衡后，在t1時刻改變某條件，v(逆)隨時間(t)的變化關系如圖所示，則t1時刻改變的條件可能是_____________________。

a．保持溫度、體積不變，使用催化劑 b．保持體積不變，升高溫度

c．保持溫度不變，壓縮容器體積 d．保持溫度、體積不變，充入CO

(3)在一定溫度下，向某體積可變的恒壓(P總)密閉容器中加入1mol CO2與足量的碳發(fā)生反應III，平衡時體系中氣體體積分數(shù)與溫度的關系如圖所示。

①650℃時，反應達平衡后CO2的轉化率為____________。

②T℃時，該反應達到平衡時下列說法不正確的是__________________。

a．氣體密度保持不變

b．2v正(CO2)=v正(CO)

c．若保持其它條件不變再充入等體積的CO2和CO，平衡向逆反應方向移動

d．若保持其它條件不變再充入惰性氣體，v正、v逆均減小，平衡不移動

e．若其它條件不變將容器體積壓縮至一半并維持體積不變，再次達平衡時壓強小于原平衡的2倍

③根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，計算反應III在T℃時用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)KP=___________(設總壓強為P總，用含P總的代數(shù)式表示)

Answer 1

【答案】O2+2CO2+4e-=CO32- 陽 NO2 – e-+H2O=NO3-+2H+ +172 cd 25% cd 0.5 P總

【解析】

(1)在負極上CO放電，CO失電子結合CO32-生成CO2：CO-2e-+CO32-=2CO2；正極上CO2放電，CO2結合O2得到電子生成CO32-，電極反應式為：O2+2CO2+4e-=2CO32-；電解時，左室中電極上H+放電生成H2，則左室為陰極室，右室為陽極室，陽極上通入的是氮氧化物，生成的硝酸，陽極發(fā)生的反應為：NO2-e-+H2O=NO3-+2H+，右室中陽離子濃度增大，左室中水電離產(chǎn)生的H+放電，附近溶液的陽離子濃度降低，破壞了水的電離平衡，溶液中的陽離子由右室進入左室，所以離子交換膜為陽離子交換膜；

(2)( I-II)÷3可得：C(s)+CO2(g)2CO(g) △H=+172kJ/mol；

a．保持溫度、體積不變，使用催化劑，可以使正、逆反應速率都增大，但是平衡不發(fā)生移動，達到平衡時逆反應速率比原來的逆反應速率大，a錯誤；

b．保持體積不變，升高溫度，正反應、逆反應速率增大，化學平衡常數(shù)改變，CO濃度不會回到原平衡狀態(tài)，b錯誤；

c．保持溫度不變，壓縮容器體積，物質的濃度增大，反應速率加快，由于溫度不變，所以化學平衡常數(shù)不變，CO決定化學平衡常數(shù)，最終CO濃度仍然回到原平衡狀態(tài)，c正確；

d．保持溫度、體積不變，充入CO，化學反應速率增大，不改變化學平衡常數(shù)，CO決定化學平衡常數(shù)，最終CO濃度仍然回到原平衡狀態(tài)，d正確；

故合理選項是cd；

(3)①反應III為：C(s)+CO2(g)2CO(g)

起始(mol) 1 0

轉化(mol) x 2x

平衡(mol) 1-x 2x

=60%，可得x=，所以CO2的轉化率為25%；

②a．由于反應混合物不全為氣體，所以若氣體密度保持不變，則反應處于平衡狀態(tài)，a正確；

b．由于方程式中CO2、CO的系數(shù)比為1:2，所以任何時刻都存在2v正(CO2)=v正(CO)，b正確；

c．若保持其它條件不變再充入等體積的CO2和CO，相當于CO2增大的多，所以化學平衡向正反應方向移動，c錯誤；

d．若保持其它條件不變再充入惰性氣體，由于物質的濃度不變，所以v正、v逆均不變，平衡不移動，d錯誤；

e．若其它條件不變將容器體積壓縮至一半并維持體積不變，由于體積減小導致物質的濃度都增大，體系的壓強增大，平衡向氣體體積減小的逆反應方向移動，所以再次達平衡時壓強小于原平衡的2倍，e正確；

故合理選項是cd；

③對于反應III，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可知，在T℃時CO占總壓強的，所以若用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)KP= p(總)。