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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...

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)+H2O(g)  manfen5.com 满分网 H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下表所示:
温度/°C400500800
平衡常数K9.9491
若在500℃时进行,设起始时CO和H2O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/s20406080
n(NO2)/mol0.40n10.26n3n4
n(N2O4)/mol0.000.05n20.080.08
①n3______n4(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N2O4和NO2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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(1)令CO的浓度变化为c,用三段式表示出各物质变化的浓度、平衡时的浓度,再根据平衡常数计算. (2)①反应达到60s时达到化学平衡状态,二氧化氮的物质的量不再变化,计算出平衡时各物质的浓度,根据平衡常数的计算公式计算.  ②根据等效平衡计算出平衡时四氧化二氮的物质的量浓度,以此画出图象,注意N2O4、NO2的起始浓度、平衡浓度,NO2的浓度变化与N2O4的浓度变化关系. (3)甲醇为原料的燃料电池,甲醇为负极,氧气是正极,根据两极的放电规律来回答. 【解析】 (1)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=9,解得c=0.015 所以CO的转化率为×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n3=n4, 根据反应方程式计算:        2NO2N2O4 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(N2O4)=0.04mol/L,c(NO2)=0.12mol/L, 所以该温度下该反应平衡常数k==2.8 故答案为:=;  2.8 ②根据反应 2NO2N2O4可知,0.4molNO2与0.2molN2O4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=0.1mol/L. 根据反应 2NO2N2O4可知,NO2的浓度随时间变化为N2O4的浓度变化2倍.从放入N2O4到平衡时需要80s,初始加入的N2O4的物质的量浓度为0.1mol/L,平衡时N2O4的物质的量浓度为0.04mol/L,NO2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:O2+2H2O+4e-=4OH-. 故答案为:O2+2H2O+4e-=4OH-.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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