Question

【題目】“低碳循環”引起各國的高度重視，已知煤、甲烷等可以與水蒸氣反應生成以CO和H2為主的合成氣，合成氣有廣泛應用．試回答下列問題：

（1）高爐煉鐵是CO氣體的重要用途之一，其基本反應為：

FeO（s）+CO（g）Fe（s）+CO2（g）△H＞0．

已知在1100°C時，該反應的化學平衡常數K=0.263．

①溫度升高，平衡移動后達到新平衡，此時平衡常數值________（填“增大”“減小”“不變”）；

②1100°C時測得高爐中，c（CO2）=0.025mol·L﹣1，c（CO）=0.1mol·L﹣1，則在這種情況下，該反應這一時刻向__________進行（填“左”或“右”）．

（2）目前工業上也可用CO2來生產燃料甲醇CH3OH，有關反應為：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），△H=﹣49.0KJmol﹣1，某溫度下，向體積為1L恒容密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，反應過程中測得CO2和CH3OH（g）的濃度隨時間的變化如圖所示．

①反應開始至平衡，氫氣的平均反應速率v（H2）=__________，CO2的轉化率為_______．

該溫度下上述反應的平衡常數K=____________（分數表示）．

②反應達到平衡后，下列能使的值增大的措施是_________(填符號)。

a．升高溫度 b．再充入H2 c．再充入CO2

d．將H2O（g）從體系中分離 e．充入He（g）

③以8g甲醇為燃料，足量O2為氧化劑，250ml 濃度為1mol/L的KOH溶液為電解質溶液，可制成燃料電池（電極材料為惰性電極）．寫出燃料電池負極的電極反應式：_________________。

④有人提出，可以設計反應2CO（g）=2C(s)+O2(g)（△H＞0）來消除CO的污染。請你判斷上述反應是否能自發進行并說明理由__________________________。

Answer 1

【答案】 增大 右 0.225 mol·（L·min）—1 75% L2/mol2 bd CH3OH ﹣6e— + 7OH— = HCO3—+ 5H2O 不能，因為該反應的△H＞0，△S<O △H-T△S＞0，不能自發進行

【解析】（1）①由于該反應的正反應是吸熱反應，所以溫度升高，化學平衡正向移動，達到新的平衡時平衡常數K值增大；②1 100 ℃時測得高爐中，c(CO2)=0.025 mol·L-1，c(CO)=0.1 mol·L-1，則濃度熵Q= c(CO2)÷c(CO)=0.025 mol·L-1÷0.1 mol·L-1=0.25<0.263=K，所以在這種情況下，該反應向正反應方向移動；（2）①根據圖像可知：從反應開始到平衡，V(CO2)=0.75mol/L÷10min=0.075mol/(L·min)，V(H2)=3V(CO2)= 0.225mol/(L·min)；CO2的轉化率為0.75/1.00×100%＝75%；平衡時氫氣、二氧化碳、甲醇和水蒸氣的物質的量濃度分別是0.75mol/L、0.25mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L，所以該溫度下上述反應的平衡常數K＝；②a．升高溫度，平衡逆向移動， 減小，a錯誤；b．再充入H2使平衡正向移動， 增大，b正確；c．再充入CO2 平衡正向移動，但是Δc(CO2) 大于Δc(CH3OH)， 比值減小，c錯誤；d．將H2O（g）從體系中分離，平衡正向移動，比值增大，d正確；E．充入He（g），平衡不移動，比值不改變，e錯誤，答案選bd。③8g甲醇為0.25mol，KOH是0.25mol，所以甲醇失去電子生成的CO2與氫氧化鉀反應生成碳酸氫鉀，因此該燃料電池負極的電極反應式為CH3OH－6e－ + 7OH－ = HCO3－+ 5H2O。④由于該反應的△H＞0，△S＜O，△H-T△S＞0，所以不能自發進行。