Question

【題目】資源化利用CO具有重要意義。

(1)CO可設(shè)計(jì)成燃料電池，熔融Li2CO3和Na2CO3的混合物作為燃料電池的電解質(zhì)，氧化劑是含CO2的O2，工作時(shí)正極反應(yīng)為__________________，以該燃料電池為電源處理含氮氧化物廢氣，可回收硝酸，同時(shí)制得副產(chǎn)物氫氣，裝置如圖所示(電極均為石墨電極)。該裝置中應(yīng)選用_______(填“陰”或“陽(yáng)”)離子交換膜，寫出電解時(shí)NO2發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式：___________________。

(2)CO是高爐煉鐵的重要還原劑，煉鐵時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)有：

反應(yīng)	△H(kJ/mol)
I. Fe2O3(s)+3C(s) 2Fe(s)+3CO(g)	+489
II. Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g)	-27
III. C(s)+CO2(g) 2CO(g)	X

試計(jì)算，試計(jì)算，X=_________。

T1℃時(shí)，向某恒溫密閉容器中加入一定量的Fe2O3和C，發(fā)生反應(yīng)I，反應(yīng)達(dá)到平衡后，在t1時(shí)刻改變某條件，v(逆)隨時(shí)間(t)的變化關(guān)系如圖所示，則t1時(shí)刻改變的條件可能是_____________________。

a．保持溫度、體積不變，使用催化劑 b．保持體積不變，升高溫度

c．保持溫度不變，壓縮容器體積 d．保持溫度、體積不變，充入CO

(3)在一定溫度下，向某體積可變的恒壓(P總)密閉容器中加入1mol CO2與足量的碳發(fā)生反應(yīng)III，平衡時(shí)體系中氣體體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示。

①650℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡后CO2的轉(zhuǎn)化率為____________。

②T℃時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)下列說(shuō)法不正確的是__________________。

a．氣體密度保持不變

b．2v正(CO2)=v正(CO)

c．若保持其它條件不變?cè)俪淙氲润w積的CO2和CO，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)

d．若保持其它條件不變?cè)俪淙攵栊詺怏w，v正、v逆均減小，平衡不移動(dòng)

e．若其它條件不變將容器體積壓縮至一半并維持體積不變，再次達(dá)平衡時(shí)壓強(qiáng)小于原平衡的2倍

③根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，計(jì)算反應(yīng)III在T℃時(shí)用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)KP=___________(設(shè)總壓強(qiáng)為P總，用含P總的代數(shù)式表示)

Answer 1

【答案】O2+2CO2+4e-=CO32- 陽(yáng) NO2 – e-+H2O=NO3-+2H+ +172 cd 25% cd 0.5 P總

【解析】

(1)在負(fù)極上CO放電，CO失電子結(jié)合CO32-生成CO2：CO-2e-+CO32-=2CO2；正極上CO2放電，CO2結(jié)合O2得到電子生成CO32-，電極反應(yīng)式為：O2+2CO2+4e-=2CO32-；電解時(shí)，左室中電極上H+放電生成H2，則左室為陰極室，右室為陽(yáng)極室，陽(yáng)極上通入的是氮氧化物，生成的硝酸，陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)為：NO2-e-+H2O=NO3-+2H+，右室中陽(yáng)離子濃度增大，左室中水電離產(chǎn)生的H+放電，附近溶液的陽(yáng)離子濃度降低，破壞了水的電離平衡，溶液中的陽(yáng)離子由右室進(jìn)入左室，所以離子交換膜為陽(yáng)離子交換膜；

(2)( I-II)÷3可得：C(s)+CO2(g)2CO(g) △H=+172kJ/mol；

a．保持溫度、體積不變，使用催化劑，可以使正、逆反應(yīng)速率都增大，但是平衡不發(fā)生移動(dòng)，達(dá)到平衡時(shí)逆反應(yīng)速率比原來(lái)的逆反應(yīng)速率大，a錯(cuò)誤；

b．保持體積不變，升高溫度，正反應(yīng)、逆反應(yīng)速率增大，化學(xué)平衡常數(shù)改變，CO濃度不會(huì)回到原平衡狀態(tài)，b錯(cuò)誤；

c．保持溫度不變，壓縮容器體積，物質(zhì)的濃度增大，反應(yīng)速率加快，由于溫度不變，所以化學(xué)平衡常數(shù)不變，CO決定化學(xué)平衡常數(shù)，最終CO濃度仍然回到原平衡狀態(tài)，c正確；

d．保持溫度、體積不變，充入CO，化學(xué)反應(yīng)速率增大，不改變化學(xué)平衡常數(shù)，CO決定化學(xué)平衡常數(shù)，最終CO濃度仍然回到原平衡狀態(tài)，d正確；

故合理選項(xiàng)是cd；

(3)①反應(yīng)III為：C(s)+CO2(g)2CO(g)

起始(mol) 1 0

轉(zhuǎn)化(mol) x 2x

平衡(mol) 1-x 2x

=60%，可得x=，所以CO2的轉(zhuǎn)化率為25%；

②a．由于反應(yīng)混合物不全為氣體，所以若氣體密度保持不變，則反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，a正確；

b．由于方程式中CO2、CO的系數(shù)比為1:2，所以任何時(shí)刻都存在2v正(CO2)=v正(CO)，b正確；

c．若保持其它條件不變?cè)俪淙氲润w積的CO2和CO，相當(dāng)于CO2增大的多，所以化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，c錯(cuò)誤；

d．若保持其它條件不變?cè)俪淙攵栊詺怏w，由于物質(zhì)的濃度不變，所以v正、v逆均不變，平衡不移動(dòng)，d錯(cuò)誤；

e．若其它條件不變將容器體積壓縮至一半并維持體積不變，由于體積減小導(dǎo)致物質(zhì)的濃度都增大，體系的壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以再次達(dá)平衡時(shí)壓強(qiáng)小于原平衡的2倍，e正確；

故合理選項(xiàng)是cd；

③對(duì)于反應(yīng)III，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可知，在T℃時(shí)CO占總壓強(qiáng)的，所以若用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)KP= p(總)。