Question

一氧化碳在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的用途，工業(yè)生產(chǎn)中接觸CO的作用不下70種，請回答下列與CO有關的問題：
（1）有的化工廠將CO與水蒸△H氣在高溫下反應得到氫氣，其反應式為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），查得該反應的有關資料如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

①該反應的

 

0（填“＞”、“=”、“＜”）；
②800℃時，在一容積固定的密閉容器中發(fā)生該反應，測得容器內各物質的濃度隨時間的變化如下表所示：

t/min	CO（g）/（mol?L-1）	H2O（g）/（mol?L-1）	CO2（g）/（mol?L-1）	H2（g）/（mol?L-1）
0	0.20	0.3	0	0
3	0.08	0.18	c	c

上表中c為

 

，3min時是否達到平衡

 

（填“是”或“否”）；
③在密閉容器中，濃度均為0.400mol?L^-1的CO（g）、H₂O（g）的混合氣體在500℃時發(fā)生反應，達到平衡時的CO轉化率為

 

．
（2）工業(yè)上用CO合成甲醇的反應式為CO（g）+2H₂（g）?CH₂OH（g），甲醇可用做燃料電池，其電池的工作原理如圖所示：

①請寫出X電極的電極反應式：

 

；
②當電路中有3mole^-轉移時，電池負極區(qū)中n（H⁺）的變化量為

 

．
（3）已知：①3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47kJ?mol^-1；
②FeO（s）+CO（g）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-11kJ?mol^-1；
③Fe₃O₄（s）+C0（g）=3FeO（s）+CO₂（g）△H=+19kJ?mol^-1．
寫出煉鋼生產(chǎn)過程中，氧化鐵與一氧化碳反應生成鐵的熱化學方程式：

 

．
（4）轉爐煉鋼尾氣中CO體積分數(shù)達58%～70%，某鋼廠先用NaOH吸收CO生成甲酸鈉，再吸收SO₂生成保險粉（Na₂S₂O₄），試寫出甲酸鈉和氫氧化鈉（過量）混合溶液與CO₂生成保險粉的化學方程式：

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池

專題：實驗題,化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）①根據(jù)題中給出的化學反應方程式，表中的平衡常數(shù)值，利用平衡常數(shù)隨溫度的變化，判斷平衡的移動，判斷反應的熱效應；
②利用化學平衡常數(shù)的計算在本題中的應用，判斷反應是否到達平衡狀態(tài)，并求平衡濃度；
③根據(jù)轉化率的概念，已反應的物質的濃度與該物質總濃度的比值的百分含量，結合化學平衡的計算解決；
（2）①此題是一個甲醇燃料電池，根據(jù)原電池電極的反應特點負極失電子，正極得電子，以及題中的信息，氫離子的移動方向或電子的移動方向，判斷出X電極為負極，甲醇失電子故得出答案；
②根據(jù)原電池中，內外電路中轉移的電子的量相等判斷．③根據(jù)蓋斯定律的概念，一個化學反應無論幾步完成，其熱效應與一步完成時的熱效應相同，結合題中信息解決；
（4）根據(jù)書寫化學方程式的依據(jù)，反應時原子的種類和數(shù)量不變，結合題中告訴的信息，已知的反應物甲酸鈉、二氧化硫、氫氧化鈉，生成物有保險粉，反應時有化合價的變化，結合氧化還原反應中得失電子相等解決．

解答： 解：（1）①根據(jù)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），其平衡常數(shù)表達式為：K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

，結合題中的信息，溫度升高，K值減小，說明溫度升高時，平衡向逆反應方向移動．因此該反應的正反應為放熱反應，故答案為：＜；
②800℃時，反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)為1，根據(jù)化學平衡的計算，則有：
                        CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度（mol?L^-1）       0.2     0.3      0       0
轉化濃度（mol?L^-1）       c        c       c       c
3min時的濃度（mol?L^-1）  （0.2-c）  （0.3-c）  c       c 
K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

c?c

(0.2-c)?(0.3-c)

=1
c²=c²-0.5c+0.06
c=0.12，
3min時，CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度分別為：0.08mol?L^-1、0.18mol?L^-1、0.12mol?L^-1、0.12mol?L^-1，
將這些濃度值帶入平衡常數(shù)表達式中得：K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.12?0.12

0.08?0.18

=1，即為平衡狀態(tài)，
故答案為：0.12；是；
③設500℃時0.400mol?L^-1的CO（g）、H₂O（g）的混合氣體反應達到平衡時，有x400mol?L^-1CO反應，則有：
                        CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度（mol?L^-1）       0.4     0.4      0       0
轉化濃度（mol?L^-1）       x        x       x       x
平衡濃度（mol?L^-1）      （0.4-x）  （0.4-x）  x       x 
K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

x?x

(0.4-x)?(0.4-x)

=9
解得：x=0.3mol?L^-1
所以CO的轉化率為：

0.3molL-

0.4molL-

×100%=75%，
故答案為：75%；
（2）①甲醇燃料電池中，根據(jù)外電路中電子由X極流向Y極，所以，X極是負極，Y極為正極，還原劑在負極失電子，此題中失電子的物質是甲醇，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺；
②原電池中，內外電路中轉移的電子的量相等．由于H⁺帶一個單位的正電荷，所以外電路中轉移1mol電子，內電路中轉移1molH⁺，即當轉移3mol電子時，內電路中轉移3molH⁺離子，故H⁺的變化量為0，
故答案為：0；
（3）根據(jù)蓋斯定律，將方程式①+6×②+3×③得出：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-25kJ?mol^-1
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-25kJ?mol^-1；
（4）根據(jù)題中給出的信息，利用化學反應時原子的種類和數(shù)量不變，反應物有甲酸鈉、氫氧化鈉（過量）和SO₂，生成物有保險粉（Na₂S₂O₄），生成物中有Na、S、O三種元素，缺少C、H兩種元素，結合反應類型，SO₂中S的化合價為+4價，Na₂S₂O₄中S的化合價位+3價，化合價降低，而Na、O、H的化合價不變，
HCOONa中，C的化合價為+2價，因此，根據(jù)氧化還原反應中得失電子相等，C失電子變成+4價，即得出反應方程式：HCOONa+3NaOH+2SO₂=Na₂S₂O₄+Na₂CO₃+2H₂O，
故答案為：HCOONa+3NaOH+2SO₂=Na₂S₂O₄+Na₂CO₃+2H₂O．

點評：本題是一道很好的題，綜合考查化學平衡的知識，原電池，蓋斯定律等知識，分析面較廣，考查的知識面也較廣，系統(tǒng)的考查了學生知識的綜合應用能力，對提高學生的分析解決問題的能力有很大的幫助．