Question

【題目】實施以節(jié)約能源和減少廢氣排放為基本內(nèi)容的節(jié)能減排政策，是應對全球氣候問題、建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇�；�工行業(yè)的發(fā)展必須符合國家節(jié)能減排的總體要求。試運用所學知識，回答下列問題：

（1）已知某溫度下某反應的化學平衡常數(shù)表達式為：K=c(H2O)/[ c(CO)·c(H2)]所對應的化學反應方程式為：________________________。

（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之間的關系是：_____________，△H3=__________（用含a、b的代數(shù)式表示）。

（3）煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實際問題。已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進入反應器時，發(fā)生如下反應：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)，該反應平衡常數(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

該反應的正反應方向是_________反應（填“吸熱”或“放熱”），若在500℃時進行，設起始時CO和H2O的起始濃度均為0.020 mol·L-1，在該條件下，CO的平衡轉化率為：______________。

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

對于氣相反應，用某組分(B)的平衡分壓強(PB)代替物質的量濃度(CB)也可以表示平衡常數(shù)（記作KP），則該反應的KP的表達式：KP=____________，提高p[H2O(g)]/p(CO)比，則KP__________（填“變大”、“變小”或“不變”）。實際上，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，反應裝置如上右圖所示，請寫出負極的電極反應式：___________________________________。

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；該壓強比下，反應物轉化率已經(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物的濃度冪之積，平衡常數(shù)中，分子為生成物，分母為反應物，根據(jù)K=c(H2O)/[ c(CO)·c(H2)，所以該反應的方程式為CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)；

（2）根據(jù)化學方程式可知：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，說明正反應為放熱反應，

所以=9，解得c=0.015，所以CO的轉化率為×100%=75%。

(4)對于氣相反應,用某組分(B)的平衡壓強(PB)代替物質的量濃度也可以表示平衡常數(shù)(記作KP),反應的平衡常數(shù);平衡常數(shù)只與溫度有關,與濃度無關,所以提高比,則KP不變;由圖象可以知道,投料比太低,CO的轉化率不太高,而投料比時轉化率已經(jīng)很高達到,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的轉化率不太高,而投料比時轉化率已經(jīng)很高達到,再增加投料比,需要大大的增加蒸汽添加量,這樣在在經(jīng)濟上不合算,催化劑的活性溫度在400左右;
(5)負極發(fā)生氧化反應,,因此，本題正確答案是:),

點睛:（1）根據(jù)平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，平衡常數(shù)中，分子為生成物，分母為反應物，據(jù)此分析解題；（2）根據(jù)平衡常數(shù)的表達式推斷；應用蓋斯定律來求△H3；（3）根據(jù)平衡常數(shù)隨溫度的變化來判斷正反應方向是吸熱還是放熱，可以應用三段式結合平衡常數(shù)來求轉化率。