Question

已知：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)  ΔH=Q，其平衡常數隨溫度變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	850
平衡常數	9.94	9	1

請回答下列問題：
（1）上述反應的化學平衡常數表達式為       ，該反應的Q      0。
（2）850℃時在體積為10L反應器中，通入一定量的CO和H₂O(g)，發生上述反應，CO和H₂O(g)濃度變化如圖所示，則0~4min時平均反應速率v(CO)=   。

（3）若在500 ℃時進行，且CO、H₂O(g)的起始濃度均為0.020mol/L，該條件下，CO的最大轉化率為         。
（4）若在850℃時進行，設起始時CO和H₂O(g)共為1mol，其中水蒸氣的體積分數為x平衡時CO的轉化率為y，試推導y隨x變化的函數關系式為     。
（5）某電化學裝置可實現2CO₂=2CO+O₂的轉化，使CO重復使用。已知該反應的陽極應為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂，則陰極反應式為                   。
（6）有人提出可以設計反應2CO=2C+O₂(ΔH>0)來消除CO的污染，請判斷上述反應能否發生     (填“可能”或“不可能”)，理由是              。

Answer 1

（1）K=  <
（2）0.03 mol/(L·min)   
（3）75%     
（4）y=x     
（5）CO₂+2e^-+H₂O=CO+2OH^-  
（6）不可能；ΔH>0吸熱且ΔS<0 或依據吉布斯自由能判斷反應不能自發進行 

（1）根據平衡常數的定義可得K= ，隨溫度升高，平衡常數減小，說明升溫平衡向逆移動，正反應是放熱反應，Q <0。
（2）0—4min時，CO的濃度減少0.12mol/L，所以v（CO）="0.03" mol/(L·min) 。
（3）500 ℃時，K=9，設CO的濃度減少xmol/L，則有9（0.02-x）²=x²，x=0.015mol/L，該條件下，CO最大的轉化率為75%。
（4））850 ℃時，K=1，起始時CO和H₂O共為1mol，其中水蒸氣的體積分數是x，所以H₂O（g）的物質的是為xmol，CO的物質的量為（1-x）mol，設平衡時CO轉化了amol，則a²=（x-a）（1-x-a），解得a=x-x²，CO的轉化率為（x-x²）/（1-x）=x；
（5）總的是2CO₂=2CO+O₂，陽極反應為4OH^—4e^-=2H₂O+O₂，則總反應減去陽極得到陰極反應式為，CO₂+2e^-+H₂O=CO+2OH^- 。
（6）不可能，因為該反應屬于熵減焓增的反應，不能自發進行。