Question

11．CO是水煤氣的主要成份之一，是一種無色劇毒氣體，根據(jù)信息完成下列各題
Ⅰ、已知下列熱化學(xué)方程式
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393kJ/mol
24g單質(zhì)碳在不足量的O₂中燃燒時(shí)，生成等物質(zhì)的量的CO和CO₂氣體，則和24g單質(zhì)碳完全燃燒生成CO₂相比較，損失熱量282.5kJ
Ⅱ、850℃時(shí)，在10L體積不變的容器中投入2molCO和3molH₂O，發(fā)生如下反應(yīng)：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）當(dāng)CO的轉(zhuǎn)化率達(dá)60%時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡
（1）850℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為1
（2）該條件下，將CO和H₂O都改為投入2mol，達(dá)平衡時(shí)，H₂的濃度為0.1mol/L，下列情況能說明該反應(yīng)一定達(dá)平衡的是C，
A．CO和H₂O蒸氣的濃度之比不再隨時(shí)間改變
B．氣體的密度不再隨時(shí)間改變
C．CO和CO₂的濃度之比不再隨時(shí)間改變
D．氣體的平均摩爾質(zhì)量不再隨時(shí)間改變
Ⅲ、為防止CO使人中毒，一種CO分析儀的工作原理如圖所示，該裝置中電解質(zhì)為氧化釔、氧化鈉，其中
O^2-可以在固體NASICON中自由移動(dòng)，則：
（1）該原電池中通入CO的電極為負(fù)極，該電極的電極反應(yīng)式為CO-2e^-+O^2-=CO₂
（2）通空氣一極的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-=2O^2-．

Answer 1

分析 I、利用蓋斯定律計(jì)算出CO燃燒的熱化學(xué)反應(yīng)方程式，計(jì)算出反應(yīng)熱，碳不完全燃燒損失的熱量為生成的一氧化碳燃燒放出的熱量．根據(jù)碳原子守恒計(jì)算出一氧化碳的物質(zhì)的量，再根據(jù)一氧化碳燃燒的熱化學(xué)方程式計(jì)算；
II、（1）根據(jù)平衡常數(shù)指各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值進(jìn)行解答；
（2）依據(jù)溫度不變，平衡常數(shù)不變，利用三段法計(jì)算即可，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，據(jù)此解答即可；
III、該裝置屬于原電池，一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，則通入一氧化碳的電極為負(fù)極，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此解答即可．

解答 解：Ⅰ、2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ/mol  （i）
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393kJ/mol   （ii）
[（ii）×2-（i）]÷2得：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=$\frac{1}{2}$[（-393）×2-（-221）]=-282.5kJ/mol，24g碳的物質(zhì)的量為$\frac{24g}{12g/mol}$=2mol，生成等物質(zhì)的量的CO和CO₂氣體，所以CO的物質(zhì)的量為1mol，由于CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-285．kJ/mol，所以1molCO燃燒放出的熱量為282.5kJ/mol×1mol=282.5kJ
即24g碳不完全燃燒生成1molCO損失的熱量為282.5kJ，故答案為：282.5；
Ⅱ、（1）CO轉(zhuǎn)化率為60%，即CO轉(zhuǎn)化濃度為：$\frac{2mol×60%}{10L}$=0.12mol/L，利用三段式法計(jì)算，
                     CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度/（mol•L^-1 ）：0.2      0.3     0        0
轉(zhuǎn)化濃度/（mol•L^-1 ）：0.12     0.12    0.12    0.12  
平衡濃度/（mol•L^-1 ）：0.08     0.18    0.12   0.12
因平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，所以K（850℃）=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，故答案為：1；
（2）將CO和H₂O都改為投入2mol，則此時(shí)濃度均為0.2mol/L，利用三段式法計(jì)算，
                     CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度/（mol•L^-1 ）：0.2      0.2     0        0
轉(zhuǎn)化濃度/（mol•L^-1 ）：x         x      x        x  
平衡濃度/（mol•L^-1 ）：0.2-x     0.2-x  x        x，此時(shí)有K=$\frac{x×x}{（0.2-x）×（0.2-x）}$=1，解x=0.1，A．CO和H₂O蒸氣的濃度之比不再隨時(shí)間改變不能說明平衡，因?yàn)橥读鲜窍嗟鹊�，且兩者化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1：1，故任何時(shí)候均滿足兩者1：1的關(guān)系，故A錯(cuò)誤；
B．氣體的密度不再隨時(shí)間改變，不能說明達(dá)到平衡，氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，故密度不變，故B錯(cuò)誤；
C．CO和CO₂的濃度之比不再隨時(shí)間改變，兩者分別為反應(yīng)物和生成物，若濃度比不變，說明達(dá)到平衡，故C正確；
D．氣體的平均摩爾質(zhì)量不再隨時(shí)間改變，不能說明，因?yàn)闅怏w質(zhì)量不變，物質(zhì)的量不變，故D錯(cuò)誤，故選C；故答案為：0.1；C；
Ⅲ、（1）負(fù)極為失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)的一極，一氧化碳失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化碳，故通入CO的電極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為CO+O^2--2e^-=CO₂，故答案為：負(fù)；CO-2e^-+O^2-=CO₂；
（2）依據(jù)“O^2-可以在固體NASICON中自由移動(dòng)”，即正極為氧氣得到電子生成氧負(fù)離子，電極方程式為：O₂+4e^-=2O^2-，故答案為：O₂+4e^-=2O^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了蓋斯定律的應(yīng)用、熱化學(xué)反應(yīng)的計(jì)算、原電池工作原理、以及化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算的是否達(dá)到平衡的計(jì)算，綜合性較強(qiáng)，難度較大．