化学
（2014•衡阳三模）实施以节约能源和减少废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择．化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求．试运用所学知识，回答下列问题：（1）已知某温度下某反应的化学平衡常数表达式为：K=c(H2O)c(CO)•c(H2)，它所对应的化学反应为：．（2）已知在一定温度下，①C（s）+CO2（g）⇌2CO（g）△H1=a kJ/mol；平衡常数K1；②CO（g）+H2O（g）⇌H2（g）+CO2（g）△H2=b&nbsp

2019-11-28

（2014•衡阳三模）实施以节约能源和减少废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择．化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求．试运用所学知识，回答下列问题：
（1）已知某温度下某反应的化学平衡常数表达式为：K=
c(H2O)
c(CO)•c(H2)
，它所对应的化学反应为：______．
（2）已知在一定温度下，
①C（s）+CO2（g）⇌2CO（g）△H1=a kJ/mol；平衡常数K1；
②CO（g）+H2O（g）⇌H2（g）+CO2（g）△H2=b kJ/mol；平衡常数K2；
③C（s）+H2O（g）⇌CO（g）+H2（g）△H3；平衡常数K3．
则K1、K2、K3之间的关系是：______，△H3=______（用含a、b的代数式表示）．
（3）煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，发生如下反应：CO（g）+H2O（g）⇌H2（g）+CO2（g），该反应平衡常数随温度的变化如下表所示：
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
该反应的正反应方向是______反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为：______．
（4）在催化剂存在条件下反应：H2O（g）+CO（g）⇌CO2（g）+H2（g），CO转化率随蒸气添加量的压强比及温度变化关系如图1所示：

对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（PB）代替物质的量浓度（cB）也可以表示平衡常数（记作KP），则该反应的KP=
P(CO2)P(H2)
P(CO)P(H2O)
P(CO2)P(H2)
P(CO)P(H2O)
，提高
P[H2O(g)]
P(CO)
比，则KP______（填“变大”、“变小”或“不变”）．实际上，在使用铁镁催化剂的工业流程中，一般采用400℃左右、
P[H2O(g)]
P(CO)
=3～5．其原因可能是______．
（5）工业上可利用原电池原理除去工业尾气中的CO并利用其电能，反应装置如图2所示，请写出负极的电极反应式：______．
优质解答
（1）平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，所以该反应的方程式为CO（g）+H2（g）⇌C（s）+H2O（g），故答案为：CO（g）+H2（g）⇌C（s）+H2O（g）；
（2）根据化学方程式可知：K1=
c2(CO)
c(CO2)
，K2=
c(H2)×c(CO2)
c(CO)×c(H2O)
，K3=
c(CO)×c(H2)
c(H2O)
，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，故答案为：K3=K1×K2；（a+b）kJ/mol；
（3）由图可知温度越高K值越小，说明正反应为放热反应，
对于反应     CO（g）+H2O（g）⇌H2（g）+CO2（g），
开始（mol/L）：0.02  0.02        0      0
变化（mol/L）：c     c          c      c
平衡（mol/L）：0.02-c 0.02-c     c      c
所以
c×c
(0.02−c)×(0.02−c)
=9，解得c=0.015
所以CO的转化率为
0.015mol/L
0.02mol/L
×100%=75%，
故答案为：放热；75%；
（4）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（pB）代替物质的量浓度也可以表示平衡常数（记作Kp），反应的平衡常数=
P(CO2)P(H2)
P(CO)P(H2O)
；平衡常数只与温度有关，与浓度无关，所以提高
H2O(g)
CO
比，则KP不变；由图象可知，投料比太低，CO的转化率不太高，而投料比3～5：1时转化率已经很高达到96%～98%，再增加投料比，需要大大的增加蒸汽添加量，这样在在经济上不合算，催化剂的活性温度在400℃左右，所以一般采用400℃左右，H2O（气）：CO=3～5；
故答案为：
P(CO2)P(H2)
P(CO)P(H2O)
；不变；投料比太低，CO的转化率不太高，而投料比3～5时转化率已经很高达到96%～98%，再增加投料比，需要大大的增加蒸汽添加量，这样在在经济上不合算，催化剂的活性温度在400℃左右；
（5）负极发生氧化反应，CO-2e-+CO32-=2CO2，故答案为：CO-2e-+CO32-=2CO2． （1）平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，所以该反应的方程式为CO（g）+H2（g）⇌C（s）+H2O（g），故答案为：CO（g）+H2（g）⇌C（s）+H2O（g）；
（2）根据化学方程式可知：K1=
c2(CO)
c(CO2)
，K2=
c(H2)×c(CO2)
c(CO)×c(H2O)
，K3=
c(CO)×c(H2)
c(H2O)
，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，故答案为：K3=K1×K2；（a+b）kJ/mol；
（3）由图可知温度越高K值越小，说明正反应为放热反应，
对于反应     CO（g）+H2O（g）⇌H2（g）+CO2（g），
开始（mol/L）：0.02  0.02        0      0
变化（mol/L）：c     c          c      c
平衡（mol/L）：0.02-c 0.02-c     c      c
所以
c×c
(0.02−c)×(0.02−c)
=9，解得c=0.015
所以CO的转化率为
0.015mol/L
0.02mol/L
×100%=75%，
故答案为：放热；75%；
（4）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（pB）代替物质的量浓度也可以表示平衡常数（记作Kp），反应的平衡常数=
P(CO2)P(H2)
P(CO)P(H2O)
；平衡常数只与温度有关，与浓度无关，所以提高
H2O(g)
CO
比，则KP不变；由图象可知，投料比太低，CO的转化率不太高，而投料比3～5：1时转化率已经很高达到96%～98%，再增加投料比，需要大大的增加蒸汽添加量，这样在在经济上不合算，催化剂的活性温度在400℃左右，所以一般采用400℃左右，H2O（气）：CO=3～5；
故答案为：
P(CO2)P(H2)
P(CO)P(H2O)
；不变；投料比太低，CO的转化率不太高，而投料比3～5时转化率已经很高达到96%～98%，再增加投料比，需要大大的增加蒸汽添加量，这样在在经济上不合算，催化剂的活性温度在400℃左右；
（5）负极发生氧化反应，CO-2e-+CO32-=2CO2，故答案为：CO-2e-+CO32-=2CO2．
相关问答