Question

在一固定容積的密閉容器中進行著如下反應：
CO₂(g) + H₂(g)   CO(g) + H₂O(g)，其平衡常數Ｋ和溫度t的關系如下：

t℃	700	800	850	1000	1200
K	2.6	1.7	1.0	0.9	0.6

(1) K的表達式為：　         　  　　；該反應的正反應為　　        　反應（“吸熱”或“放熱”）
(2) 能判斷該反應是否已經達到化學平衡狀態的是：               
Ａ．容器中壓強不變　　      Ｂ．混合氣體中CO濃度不變
Ｃ．v(H₂)正= v(H₂O)逆　　    D．c(CO₂) = c(CO)　
（3）某研究小組利用反應：CO(g)+H₂O(g)  H₂(g)+CO₂(g)  △H=－41.2kJ/mol，制備CO₂與H₂的混合氣體。用堿液吸收一定量CO₂的方法來提高混合氣中H₂與CO₂的體積比。若以1L1.5mol/L的NaOH溶液充分吸收了22.4L（已折算為標準狀況下體積）CO₂，則吸收后溶液中各離子濃度從大到小的順序是                                。
（4）如將H₂與CO₂以4:1的體積比混合，在適當的條件下可制得CH₄。已知：
CH₄ (g) + 2O₂(g)  CO₂(g)+ 2H₂O（1）  ΔH₁＝－890.3 kJ/mol 
H₂(g) + 1/2O₂(g)  H₂O（1）           ΔH₂＝－285.8 kJ/mol 
則CO₂(g)與H₂(g)反應生成CH₄(g)與液態水的熱化學方程式是                     。
（5）熔融鹽燃料電池如下圖：

該圖是以熔融碳酸鹽為電解質，以CH₄為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極。已知負極的電極反應是CH₄ +4CO₃^2－－8e^－=5CO₂+2H₂O。正極的電極反應是_______ 。為了使該燃料電池長時間穩定運行，電池的電解質組成應保持穩定。為此電池工作時必須有部分A物質參加循環，則A物質的化學式是_________。實驗過程中，若通入了標準狀況下空氣448L（假設空氣中O₂體積分數為20%），則熔融鹽燃料電池消耗標準狀況下CH₄____________L。

Answer 1

（1）；    放熱；
（2）B、C；
（3）c(Na⁺)>c(HCO₃^-)>c(CO₃^2-)>c(OH^-)>c(H⁺)
（4）CO₂(g)+4H₂(g)=CH₄(g)+2H2O(l) ΔH=－252.9kJ/mol
（5）O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-    CO₂  44.8

解析試題分析：（1）反應CO₂(g) + H₂(g)   CO(g) + H₂O(g) 平衡常數表達式為。由表格中數據可知，隨著溫度升高，平衡常數減少，說明正反應是放熱反應。（2）容器容積固定，反應前后氣體物質的量不變，所以無論是平衡狀態還是非平衡狀態，容器中壓強均不變，A錯誤；化學平衡狀態的標志是正、逆反應速率相等，各組分濃度保持不變，所以CO濃度保持不變的狀態是平衡狀態，B正確；H₂和H₂O的計量數比為1：1，所以v(H₂)_正= v(H₂O)_逆的狀態是平衡狀態，C正確；二氧化碳與一氧化碳濃度相等不能作為判斷反應是平衡狀態的標志，平衡時二者濃度可能相等也可能不等，與二氧化碳起始投料和二氧化碳的轉化率有關系，D錯誤。（3）CO₂與NaOH反應有兩種情況：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O、NaOH+CO₂=NaHCO₃，題中CO₂與NaOH物質的量比為2：3，介于1：1與1：2之間，所以1molCO₂與1.5molNaOH生成Na₂CO₃和NaHCO₃，設Na₂CO₃、NaHCO₃物質的量分別為x、y，由C守恒得x+y=1；由Na守恒得2x+y=1.5，解得x=y=0.5mol。CO₃^2-水解生成HCO₃^-和OH^-，所以溶液中離子濃度由大到小的順序為c(Na⁺)>c(HCO₃^-)>c(CO₃^2-)>c(OH^-)>c(H⁺)。（4）CO₂(g)+4H₂(g)=CH₄(g)+2H2O(l)  ΔH=4ΔH₂－ΔH₁＝－252.9 kJ/mol。（5）電池中介質為熔融碳酸鹽，正極通入的是氧氣，正極反應為O₂+4e^-=2O^2-、O^2-+CO₂=CO₃^2-，將二式相加即得O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-。由電極反應可知圖中的A為CO₂。由正、負極電子轉移相等得CH₄～8e^-～2O₂，所以通入的O₂為4mol時反應的CH₄為2mol。
考點：化學平衡常數 化學平衡狀態的標志 離子濃度比較 蓋斯定律 電化學
點評：本題（5）也可先寫出燃料電池總反應CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O，用總反應減去負極電極反應式即得正極電極反應式。