Question

13．“低碳循環(huán)”引起各國(guó)的高度重視，已知煤、甲烷等可以與水蒸氣反應(yīng)生成以CO和H₂為主的合成氣，合成氣有廣泛應(yīng)用．試回答下列問(wèn)題：
（1）高爐煉鐵是CO氣體的重要用途之一，其基本反應(yīng)為：
FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）△H＞0．
已知在1100^°C時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=0.263．
①溫度升高，平衡移動(dòng)后達(dá)到新平衡，此時(shí)平衡常數(shù)值增大（填“增大”“減小”“不變”）；
②1100^°C時(shí)測(cè)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(yīng)這一時(shí)刻向右進(jìn)行（填“左”或“右”）．
（2）目前工業(yè)上也可用CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇，有關(guān)反應(yīng)為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-49.0KJmol^-1，某溫度下，向體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，反應(yīng)過(guò)程中測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間的變化如圖所示．
①反應(yīng)開(kāi)始至平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol•（L•min）^-1，CO₂的轉(zhuǎn)化率為75%．
該溫度下上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{16}{3}$．
②反應(yīng)達(dá)到平衡后，下列能使$\frac{{c（C{H_3}OH）}}{{c（C{O_2}）}}$的值增大的措施是bd填符號(hào)
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新型高效的甲醇CH₃OH燃料電池采用Pt為電極材料，兩個(gè)電極上分別通入CH₃OH和O₂，KOH溶液為電解質(zhì)，是寫(xiě)出上述電池負(fù)極的電極反應(yīng)式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．若電池工作一段時(shí)間后，消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氧氣11.2L，則該過(guò)程轉(zhuǎn)移電子2mol．

Answer 1

分析 （1）①升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)的方向判斷平衡常數(shù)K值變化；
②計(jì)算濃度商，與平衡常數(shù)比較，可判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)；
（2）①根據(jù)CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間的變化的圖示，先根據(jù)甲醇的濃度變化計(jì)算出消耗的氫氣的濃度，再計(jì)算出氫氣的平均反應(yīng)速率；根據(jù)三行式求各組分的物質(zhì)的量濃度，然后根據(jù)表達(dá)式計(jì)算；
②要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
③燃料電池負(fù)極上市燃料失電子的氧化反應(yīng)，據(jù)此書(shū)寫(xiě)發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式；氧氣的物質(zhì)的量為：0.5mol，而1mol氧氣轉(zhuǎn)移4mol電子，由此分析解答．

解答 解：（1）①反應(yīng)吸熱，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則高爐內(nèi)CO₂和CO體積比值增大，平衡常數(shù)K值增大，
故答案為：增大；
②1100℃時(shí)測(cè)得高爐中c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，在這種情況下，濃度商Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{0.025mol/L}{0.1mol/L}$=0.25＜0.263，所以此時(shí)反應(yīng)未達(dá)到化學(xué)平衡，反應(yīng)向著正向進(jìn)行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率；
故答案為：右；
（2）①根據(jù)圖示可知，10min達(dá)到平衡狀態(tài)，甲醇濃度為0.75mol/L，由反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）可知，消耗氫氣的濃度為：0.75mol/L×3=2.25mol/L，氫氣平均反應(yīng)速率為：$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L•min），
                 CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
c（初）：1               3                0                      0     
c（變）：0.75             2.25           0.75                0.75
c（平）：0.25          0.75             0.75                 0.75
所以CO₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.75}{1}×100%$=75%，K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
故答案為：0.225；75%；$\frac{16}{3}$；
②n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）向著正向移動(dòng)，
a．升高溫度，該反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡向著逆向移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故錯(cuò)誤；
b．再充入H₂，平衡向著正向移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故正確；
c．再充入CO₂，平衡向著正向移動(dòng)，但是二氧化碳濃度增加的大于甲醇增大濃度，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故錯(cuò)誤；
d．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向著正向移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故正確；
e．充入He（g），各組分濃度不變，平衡不移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故錯(cuò)誤；
故答案為：bd；
③燃料電池負(fù)極上是燃料失電子的氧化反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，氧氣的物質(zhì)的量為：0.5mol，而1mol氧氣轉(zhuǎn)移4mol電子，所以轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡計(jì)算以及平衡移動(dòng)等問(wèn)題，題目難度較大，注意根據(jù)圖象計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度為解答該題的關(guān)鍵．