Question

6．對碳及其氧化物的化學(xué)熱力學(xué)、動力學(xué)研究有助于人類充分利用化石燃料，消除氧化物對環(huán)境的負(fù)面影響．
（1）25℃時，石墨和CO的燃燒熱分別為：393.5kJ/mol、283.0kJ/mol．請寫出石墨不完全燃燒時的熱化學(xué)方程式C（石墨，s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5 kJ/mol．
（2）25℃時，反應(yīng)2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）的平衡常數(shù)K=2.96×10^-92．在一個體積可變的密閉容器中（起始時容器體積為1L）充入一定量CO₂、CO、O₂的混合氣體，要使容器中的反應(yīng)開始時向CO₂分解的方向進(jìn)行，起始時三種氣體的物質(zhì)的量濃度應(yīng)滿足的關(guān)系是$\frac{{c}^{2}（CO）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2（}C{O}_{2}）}$＜2.96×10^-92．當(dāng)該反應(yīng)在25℃時達(dá)到平衡后，其他條件不變時，升高溫度或增加容器的壓強(qiáng)，均能使該平衡發(fā)生移動，請在坐標(biāo)中作出該反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度（T）、壓強(qiáng)（p）變化的示意圖．
（3）1600℃時，反應(yīng)2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）的平衡常數(shù)K=1.0×10⁸．經(jīng)測定，汽車尾氣中CO和CO₂氣體的濃度分別為4.0×10^-5mol/L和4.0×10^-4mol/L．若在汽車的排氣管上增加一個1600℃時的補(bǔ)燃器，并不斷補(bǔ)充O₂使其濃度始終保持為4.0×10^-4mol/L．則經(jīng)補(bǔ)燃處理后尾氣中CO的濃度為2.0×10^-6mol/L．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（4）以CO和O₂為電極燃料，以熔融K₂CO₃為電解質(zhì)組成燃料電池，請寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)式CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)已知反應(yīng)的熱化學(xué)方程式結(jié)合蓋斯定律分析；
（2）要使反應(yīng)向正反應(yīng)方程進(jìn)行，則濃度商應(yīng)小于平衡常數(shù)；由于一氧化碳燃燒的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）為吸熱反應(yīng)，平衡常數(shù)只受溫度影響，根據(jù)溫度和壓強(qiáng)對平衡常數(shù)的影響畫圖；
（3）根據(jù)K=$\frac{{c}^{2}（CO{\;}_{2}）}{{c}^{2}（CO）c（O{\;}_{2}）}$，利用氧氣、二氧化碳的溶液可計算得一氧化碳的溶液；
（4）以CO和O₂為電極燃料，以熔融K₂CO₃為電解質(zhì)組成燃料電池，該電池的負(fù)極為還原劑CO發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）25℃時，1mol 石墨和1mol CO完全燃燒放出熱量分別為393.5kJ、283.0kJ，
則①C（石墨，s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol，
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律①-②得：C（石墨，s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）；△H=-110.5 kJ/mol；
故答案為：C（石墨，s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5 kJ/mol；
（2）要使反應(yīng)向正反應(yīng)方程進(jìn)行，則濃度商應(yīng)小于平衡常數(shù)，所以有$\frac{{c}^{2}（CO）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2（}C{O}_{2}）}$＜2.96×10^-92；由于一氧化碳燃燒的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)增大，平衡常數(shù)只受溫度影響，所以平衡常數(shù)K隨溫度（T）、壓強(qiáng)（p）變化的示意圖為，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（CO）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2（}C{O}_{2}）}$＜2.96×10^-92；；
（3）根據(jù)K=$\frac{{c}^{2}（CO{\;}_{2}）}{{c}^{2}（CO）c（O{\;}_{2}）}$，有c（CO）=$\sqrt{\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{Kc（{O}_{2}）}}$=$\sqrt{\frac{（4.0×1{0}^{-4}）^{2}}{1.0×1{0}^{8}×4.0×1{0}^{-4}}}$mol/L=2.0×10^-6mol/L，
故答案為：2.0×10^-6mol/L；
（4）以CO和O₂為電極燃料，以熔融K₂CO₃為電解質(zhì)組成燃料電池，該電池的負(fù)極為還原劑CO發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，電極反應(yīng)式為CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂，
故答案為：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂．

點評 本題考查了燃料電池的電極方程式的書寫、蓋斯定律的應(yīng)用、平衡移動、反應(yīng)速率圖象等，考查的知識點較多，側(cè)重于考查學(xué)生的綜合能力，題目難度中等．