Question

【題目】實(shí)施以節(jié)約能源和減少?gòu)U氣排放為基本內(nèi)容的節(jié)能減排政策，是應(yīng)對(duì)全球氣候問(wèn)題、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇�；�工行業(yè)的發(fā)展必須符合國(guó)家節(jié)能減排的總體要求。試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，回答下列問(wèn)題：

（1）已知某溫度下某反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=c(H2O)/[ c(CO)·c(H2)]所對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：________________________。

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

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

③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H3 平衡常數(shù)K3。

則K1、K2、K3之間的關(guān)系是：_____________，△H3=__________（用含a、b的代數(shù)式表示）。

（3）煤化工通常通過(guò)研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實(shí)際問(wèn)題。已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，發(fā)生如下反應(yīng)：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)，該反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是_________反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），若在500℃時(shí)進(jìn)行，設(shè)起始時(shí)CO和H2O的起始濃度均為0.020 mol·L-1，在該條件下，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為：______________。

（4）在催化劑存在條件下反應(yīng)：H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)，CO轉(zhuǎn)化率隨蒸氣添加量的壓強(qiáng)比及溫度變化關(guān)系如下左圖所示；

對(duì)于氣相反應(yīng)，用某組分(B)的平衡分壓強(qiáng)(PB)代替物質(zhì)的量濃度(CB)也可以表示平衡常數(shù)（記作KP），則該反應(yīng)的KP的表達(dá)式：KP=____________，提高p[H2O(g)]/p(CO)比，則KP__________（填“變大”、“變小”或“不變”）。實(shí)際上，在使用鐵鎂催化劑的工業(yè)流程中，一般采用400℃左右、p[H2O(g)]/p(CO)=3～5。其原因可能是_________________________________。

（5）工業(yè)上可利用原電池原理除去工業(yè)尾氣中的CO并利用其電能，反應(yīng)裝置如上右圖所示，請(qǐng)寫(xiě)出負(fù)極的電極反應(yīng)式：___________________________________。

Answer 1

【答案】 CO(g)+H2(g)H2O(g) +C(s) K3= K1·K2 (a+b) kJ/mol 放熱 75% 不變 該溫度下催化劑活性最大；該壓強(qiáng)比下，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率已經(jīng)接近98% CO－2e－+CO32-=2CO2

【解析】（1）平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，平衡常數(shù)中，分子為生成物，分母為反應(yīng)物，根據(jù)K=c(H2O)/[ c(CO)·c(H2)，所以該反應(yīng)的方程式為CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)；

（2）根據(jù)化學(xué)方程式可知：K1=，K2=，

K3=，所以：K3=K1·K2；

由①+②可得方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，所以△H3=(a+b)kJ/mol；

（3）由圖可知溫度越高K值越小，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，

所以=9，解得c=0.015，所以CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=75%。

(4)對(duì)于氣相反應(yīng),用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)(PB)代替物質(zhì)的量濃度也可以表示平衡常數(shù)(記作KP),反應(yīng)的平衡常數(shù);平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),與濃度無(wú)關(guān),所以提高比,則KP不變;由圖象可以知道,投料比太低,CO的轉(zhuǎn)化率不太高,而投料比時(shí)轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高達(dá)到,再增加投料比,需要大大的增加蒸汽添加量,這樣在在經(jīng)濟(jì)上不合算,催化劑的活性溫度在400左右,所以一般采用400左右,H2O(氣);因此，本題正確答案是:;不變;投料比太低,CO的轉(zhuǎn)化率不太高,而投料比時(shí)轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高達(dá)到,再增加投料比,需要大大的增加蒸汽添加量,這樣在在經(jīng)濟(jì)上不合算,催化劑的活性溫度在400左右;
(5)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),,因此，本題正確答案是:),

點(diǎn)睛:（1）根據(jù)平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，平衡常數(shù)中，分子為生成物，分母為反應(yīng)物，據(jù)此分析解題；（2）根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式推斷；應(yīng)用蓋斯定律來(lái)求△H3；（3）根據(jù)平衡常數(shù)隨溫度的變化來(lái)判斷正反應(yīng)方向是吸熱還是放熱，可以應(yīng)用三段式結(jié)合平衡常數(shù)來(lái)求轉(zhuǎn)化率。