Question

实施以节约能源和减少废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。试运用所学知识，回答下列问题：

（1）已知在一定温度下，①C(s)+CO₂(g) 2CO(g)   △H₁=a kJ/mol    平衡常数K₁；

②CO(g)+H₂O(g) H₂(g)+CO₂(g)      △H₂=b kJ/mol    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图所示

（虚线表示平衡曲线）。

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，下列能说明达到平衡状态的是_____。

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CO₂和H₂分离得到H₂的过程示意图如下。

①吸收池中所有离子浓度的等式关系是____________________________。

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

Answer

K3= K1·K2 C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H= (a+b) kJ/mol 增大 BC c(K+) + c(H+) == 2c(CO32-) + c(HCO3-) + c(OH-) 阴极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，OH-+HCO3-=CO32-+H2O，使K2CO3溶液得以再生。

【解析】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，所以该方程式为：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ，根据盖斯定律，①和②相加得此反应，△H= (a+b) kJ/mol ，因此，该反应的热化学方程式为： C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H= (a+b) kJ/mol ，根据化学方程式可知：K1=c2(CO)/c(CO2)， K2=c(H2) c(CO2)/c(CO)c(H2O) ，K3=，所以：K3= K1·K2 。

（2）①根据图中平衡时H2O(g)的物质的量分数随温度的降低而增大，可知该反应正反应为放热反应，K随温度升高而减小，K随温度降低而增大。

②根据在密闭恒温（高于100℃）恒容装置中进行该反应CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)；可知A．混合气体密度不会改变，所以不能作为平衡的依据，故A错；B．由反应可知两边计量数不相等，混合气体压强不再改变标志达到平衡，故B正确；C．混合气体平均摩尔质量不再改变，M=m/n,说明n不再改变，说明达到平衡了，故C正确；D. n(CO2):n(H2)=1:2不符合化学平衡的定义，不能作为判断平衡的依据，故D错。本题答案：BC。

③在密闭容器里全部由气体产于的反应中，平衡时气体压强之比=气体物质的量之比=气体物质的量浓度之比。根据200℃反应达到平衡时H2O(g)的物质的量分数，可知平衡时H2O(g)所占的压强为0.6p，根据化学方式可知CH4所占的压强为0.3p，因此CO2和H2所占的压强为0.1p。根据初始投料比以及CO2和H2化学计量数之比可知达到平衡时，两者的物质的量之比也为1:4，故平衡时CO2所占的压强为0.02p和H2所占的压强为0.08p，故可写出Kp的计算表达式为。

（3）①由图示已知吸收池用的是K2CO3溶液，吸收CO2，离子方程式为：CO32-+CO2+H2O=HCO3-，根据电荷守恒知 c(K+) + c(H+) == 2c(CO32-) + c(HCO3-) + c(OH-) ②已知惰性电极电解池中的电解液是KHCO3,阴极水放电生成氢气，阴极附近c(OH-)增大，OH-+HCO3-=CO32-+H2O，K+向阴极移动，使K2CO3溶液的得以再生。