Question

节能和减排建设友好型社会的必然选择。回答下列问题：

(1)已知在一定温度下，①C(s)+CO₂(g) 2CO(g) ΔH₁=a kJ·mol^-1  平衡常数K₁；

②CO(g)+H₂O(g) H₂(g)+CO₂(g)      ΔH₂=b kJ·mol^-1   平衡常数K₂。

某反应的平衡常数表达式K₃= ，请写出此反应的热化学方程式______________，K₁、K₂、K₃之间的关系是_____________。

(2)将原料气按n(CO₂)∶n(H₂)=1∶4置于密闭容器中发生CO₂(g)+4H₂(g) CH₄(g)+2H₂O(g)反应，测得H₂O(g)的物质的量分数与温度的关系如下图所示：

①该反应的平衡常数K随温度降低而________（填“增大”或“减小”）。

②在密闭恒温（高于100℃）恒容装置中进行该反应，达到平衡状态的是________。

a．混合气体密度不再改变                  b．混合气体压强不再改变

c．混合气体平均摩尔质量不再改变         d．n(CO₂)∶n(H₂)=1:2

③200℃达到平衡时体系的总压强为P，该反应平衡常数Kp的计算表达式为______（不必化简，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

(3)500℃时，CO与水反应生成CO₂和H₂，将其分离得到H₂的过程示意图如下：

①阳极反应式是_______________________________________________。

②结合电极反应式，简述K₂CO₃溶液的再生原理___________________。

Answer

C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH= (a+b) kJ·mol-1 K3= K1·K2 增大 bc 2H2O-4e-=O2+4H+ 阴极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，OH-+HCO3-=CO32-+H2O，使K2CO3溶液得以再生

【解析】

(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，分母为反应物和质量恒定律分析解题；根据平衡常数的表达式推断；

(2)①根据平衡线分析，温度降低，H2O的物质的量分数增大，则温度降低有利于反应正向进行；

②根据平衡状态的特征逐一分析判断，特别注意混合气体的密度为ρ＝，混合气体的平均相对分子质量大小为；

③根据方程式计算平衡时各组分的分压，代入分压平衡常数表达式计算；

(3) CO2和H2用K2CO3溶液洗涤后，逸出H2，同时得到KHCO3溶液，再用惰性电极电解KHCO3溶液，阳极有H2生成，阴极有CO2和O2生成。

(1)某反应的平衡常数表达式K3=，则生成物为CO和H2，反应物有H2O，结合原子守恒可知，另一种反应物是C，且为固态，则此反应的化学方程式为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；已知：①C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH1=a kJ·mol-1平衡常数K1=，②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH2=b kJ·mol-1平衡常数K2=，根据盖斯定律：①+②可得C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，则△H= (a+b) kJ·mol-1，故该反应的化学方程式为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH= (a+b) kJ·mol-1；K3==×=K1×K2；

(2)①根据平衡线分析，温度降低，H2O的物质的量分数增大，则温度降低有利于反应正向进行，所以该反应的平衡常数K随温度降低而增大；

②a．混合气体的密度为ρ＝，反应前后，质量守恒，气体质量m不变，容器容积V不变，所以混合气体的密度始终不变，不能说明反应是否达到化学平衡，故a错误；

b．反应前后气体分子数改变，压强变化，可以通过压强判断化学反应是否达到化学平衡，故b正确；

c．混合气体的平均相对分子质量大小为，反应前后m不变，n改变，可以通过混合气体的平均相对分子质量变化判断化学反应是否达到化学平衡，故c正确；

d．CO2和H2的物质的量之比取决于二者的出入量和化学反应计量，不能通过n(CO2)：n(H2)=1：2说明化学反应是否达到化学平衡，故d错误；

故答案为bc；

③将原料气按n(CO2)：n(H2)=1：4置于密闭容器中发生CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)反应，不妨取1molCO2和4molH2；

200℃达到平衡时H2O的物质的量分数为0.6，即＝0.6，可得x=，所以平衡体系中，p(CO2)=0.6p，p(CH4)=0.3p，p(CO2)=0.02p，p(H2)=0.08p，则该反应平衡常数Kp的计算表达式为Kp==；

(3)①阳极发生氧化反应，电极反应式是2H2O-4e-=O2+4H+；

②将吸收池中的溶液电解，重新生成CO2，并产生O2，可以再生K2CO3，电解时H2O放电产生OH-，OH-与HCO3-反应生成CO32-，达到再生的目的，可以解释为：阴极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，OH-+HCO3-=CO32-+H2O，使K2CO3溶液得以再生。