Question

7．（1）將不同物質的量的H₂O（g）和CO（g）分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應：H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		H2O	CO	CO	H2
i	650	2	4	2.4	1.6	5
ii	900	1	2	1.6	0.4	3
iii	900	a	b	c	d	t

①實驗組i中以v（CO₂）表示的反應速率為0.16mol•L^-1•min^-1，溫度升高時平衡常數會減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②若a=2，b=1，則c=0.6，達平衡時實驗組ii中H₂O（g）和實驗組iii中CO的轉化率的關系為α_ii （H₂O）=α_iii （CO）（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）CO分析儀的傳感器可測定汽車尾氣是否符合排放標準，該分析儀的工作原理類似于
燃料電池，其中電解質是氧化釔（Y₂O₃）和氧化鋯（ZrO₂）晶體，能傳導O^2-．
①則負極的電極反應式為CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-．
②以上述電池為電源，通過導線連接成圖2．若X、Y為石墨，a為2L 0.1mol/L KCl溶液，寫出電解總反應的離子方程式2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．電解一段時間后，取25mL上述電解后的溶液，滴加0.4mol/L醋酸得到圖3曲線（不考慮能量損失和氣體溶于水，溶液體積變化忽略不計）．根據圖二計算，上述電解過程中消耗一氧化碳的質量為2.8g．

Answer 1

分析 （1）①反應速率v（CO₂）=$\frac{△c（CO2）}{△t}$；平衡常數K=$\frac{[CO2]•[H2]}{[CO]•[H2O]}$；對于吸熱反應，溫度升高，平衡常數變大；對于放熱反應，溫度升高，平衡常數變小．②平衡轉化率等于物質消耗的量與物質的起始量之比．
（2）①原電池負極發生氧化反應，失去電子．②電解池中陽極發生氧化反應，失去電子；電解池陰極發生還原反應，得到電子．可根據電子守恒來計算原電池及電解池相關的計算題．

解答 解：（1）①實驗組i中，由H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）可知，在2L的恒容容器中，平衡時各物質的濃度分別為：[H₂O]=0.2mol•L^-1，[CO]=1.2mol•L^-1，[CO₂]=0.8mol•L^-1，[H₂]=0.8mol•L^-1；所以反應速率v（CO₂）=$\frac{[CO2]}{△t}$=$\frac{0.8mol•L-}{5min}$=0.16mol•L^-1•min^-1．在650℃下，平衡常數K₁=$\frac{[CO2]•[H2]}{[CO]•[H2O]}$=$\frac{0.8mol•L-1×0.8mol•L-1}{0.2mol•L-1×1.2mol•L-1}$≈2.67；900℃時，平衡時各物質的濃度分別為：[H₂O]=0.3mol•L^-1，[CO]=0.8mol•L^-1，[CO₂]=0.2mol•L^-1，[H₂]=0.2mol•L^-1，平衡常數K₂=$\frac{0.2mol•L-1×0.2mol•L-1}{0.3mol•L-1×0.8mol•L-1}$≈0.17，溫度升高，K₂小于K₁．
故答案為：0.16mol•L^-1•min^-1；減小．
②在實驗組iii中，由H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）可知，在2L的恒容容器中，平衡時各物質的濃度分別為：[H₂O]=$\frac{2-d}{2}$mol•L^-1，[CO]=$\frac{1-d}{2}$mol•L^-1，[CO₂]=$\fracp9vv5xb5{2}$mol•L^-1，[H₂]=$\fracp9vv5xb5{2}$mol•L^-1；在900℃時，K2=$\frac{（2-d）•（1-d）}{p9vv5xb5^{2}}$=0.17，解得d=0.4，由等量關系可得c=1-0.4=0.6；達平衡時實驗組ii中H₂O（g）的轉化率α_ii （H₂O）=$\frac{0.4mol}{1mol}$×100%=40%，實驗組iii中CO的轉化率α_iii （CO）=$\frac{0.4mol}{1mol}$×100%=40%，所以α_ii （H₂O）=α_iii （CO）．
故答案為：0.6；=．
（2）①負極CO發生氧化反應與O^2-結合生成CO₃^2-，負極電極反應式為：CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-；
故答案為：CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-．
②電解池中陽極反應：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極反應：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，因此總電解方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；根據圖知，KOH溶液的pH=13，常溫下，KOH的濃度是0.1mol/L，則n（KOH）=0.1mol/L×2L=0.2mol，根據2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑知，生成0.2mol氫氧根離子轉移電子的物質的量=$\frac{0.2mol}{2}$×2=0.2mol，燃料電池的負極反應方程式是CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-，消耗1molCO轉移電子數=2mol，因此當轉移0.2mol電子時消耗CO的物質的量為0.1mol，則CO的質量=0.1mol×28g/mol=2.8g；
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；2.8g．

點評 本題難度較大，綜合性強，綜合了化學反應速率、平衡，以及原電池電解池等知識，非常好的一道題．