Question

试运用所学知识，解决下列问题：（1）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

试运用所学知识，解决下列问题：（1）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，会发生如下反应：CO（g）+H 2 O（g） H 2 （g）+CO 2 （g），该反应平衡常数随温度的变化如下表所示： 温度/°C 400 500 800 平衡常数K 9.94 9 1 若在500℃时进行，设起始时CO和H 2 O的起始浓度均为0.020mol?L -1 ，在该条件下，CO的平衡转化率为______．（2）在100℃时，将0.40mol的二氧化氮气体充入2L抽真空的密闭容器中，每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到如下表数据： 时间/s 0 20 40 60 80 n（NO 2 ）/mol 0.40 n 1 0.26 n 3 n 4 n（N 2 O 4 ）/mol 0.00 0.05 n 2 0.08 0.08 ①n 3 ______n 4 （填“＞”或“＜”或“=”），该反应的平衡常数的值为______；②若在相同情况下最初向该容器充入的是四氧化二氮气体，要达到上述同样的平衡状态，四氧化二氮的起始浓度是______mol?L -1 ，假设在80s时达到平衡，请在右图中画出并标明该条件下此反应中N 2 O 4 和NO 2 的浓度随时间变化的曲线．（3）以甲醇为燃料制成燃料电池，请写出在氢氧化钾介质中该电池的正极反应式______．

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Answer 1

（1）对于反应  CO（g）+H 2 O（g）    H 2 （g）+CO 2 （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：75%． （2）①由表可知，60s时反应达到化学平衡状态，二氧化氮的物质的量不再变化，所以n 3 =n 4 ， 根据反应方程式计算：        2NO 2 N 2 O 4 初始：0.4mol     0 转化：0.16mol     0.08mol 平衡：0.24mol     0.08mol 则平衡时的浓度分别为：c（N 2 O 4 ）=0.04mol/L，c（NO 2 ）=0.12mol/L， 所以该温度下该反应平衡常数k= 0.04 0.12 2 =2.8 故答案为：=；  2.8 ②根据反应 2NO 2 N 2 O 4 可知，0.4molNO 2 与0.2molN 2 O 4 相当，若在相同情况下最初向该容器充入的是四氧化二氮气体，要达到上述同样的平衡状态，四氧化二氮的起始浓度是 0.2mol 2L =0.1mol/L． 根据反应 2NO 2 N 2 O 4 可知，NO 2 的浓度随时间变化为N 2 O 4 的浓度变化2倍．从放入N 2 O 4 到平衡时需要80s，初始加入的N 2 O 4 的物质的量浓度为0.1mol/L，平衡时N 2 O 4 的物质的量浓度为0.04mol/L，NO 2 的物质的量浓度为2×（0.1mol/L-0.04mol/L）=0.12mol/L，图象可取起点、20s、80s等几个点用平滑曲线来连接． 故答案为： （3）甲醇为原料的燃料电池中，燃料甲醇为负极，发生失电子的氧化反应，氧气是正极，发生得电子得还原反应，氢氧化钠为电解质，在碱性环境下，氧气的放电情况为：O 2 +2H 2 O+4e - =4OH - ． 故答案为：O 2 +2H 2 O+4e - =4OH - ．