Question

【題目】工業上利用CO和水蒸氣在一定條件下發生反應制取氫氣：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)， 某研究小組分別在體積均為2L的恒容密閉容器中加入一定量的反應物，使其發生反應，相關數據如下：

容器 編號	溫度 /℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡的時間/min	達平衡時體系能量的變化/kJ
		CO	H2O	CO2	H2
①	650	1	2	0.4	0.4	5	16.4kJ
②	650	2	4			t1	Q1 kJ
③	900	2	4	1.6	1.6	t2	Q2 kJ

（1）容器③中反應達平衡時，CO的轉化率為_____________。

（2）容器①中反應達平衡這段時間，化學反應速率v (H2) =_______________。

（3）下列敘述正確的是 _____________（填字母序號）。

a．平衡時，容器①和容器②中CO2的體積分數相等

b．反應達平衡狀態時，Q2 > Q1 > 32.8 kJ c．達到平衡的時間：t2 > t1>2.5 min

d．該反應的熱化學方程式可表示為：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) △H＝－41 kJ/mol

（4）某燃料電池以CO為燃料，以空氣為氧化劑，以熔融態的K2CO3為電解質，請寫出該燃料電池正極的電極反應式______________________________________________；

Answer 1

【答案】 80% 0.04mol/(L·min) a O2+2CO2+4e-=2CO32-

【解析】（1）容器③中反應達平衡時生成氫氣是1.6mol，根據方程式可知消耗CO是1.6mol，所以CO的轉化率為1.6/2×100%＝80%。（2）容器①中反應達平衡這段時間生成氫氣是0.4mol，濃度是0.4mol÷2L＝0.2mol/L，所以化學反應速率v (H2) =0.2mol/L÷5min＝0.04mol/(L·min)。（3）a．正反應體積不變，容器①和容器②中溫度、容積相同，起始量之比相同，因此是等效平衡，則平衡時，容器①和容器②中CO2的體積分數相等，a正確；b．容器①和容器②中平衡等效，則②中平衡時生成氫氣是0.8mol，所以反應達平衡狀態時，Q2 >Q1＝32.8 kJ，b錯誤；c．溫度高，濃度大，反應速率快，則達到平衡的時間：t2＜t1＜5 min，c錯誤；d．根據以上分析可知升高溫度平衡向正反應方向進行，正反應是吸熱反應，該反應的熱化學方程式可表示為：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) △H＝+41 kJ/mol，d錯誤，答案選a；（4）原電池中正極發生得到電子的還原反應，因此空氣在正極通入，由于是以熔融態的K2CO3為電解質，因此該燃料電池正極的電極反應式為O2+2CO2+4e-=2CO32-。