Question

（14分）研究CO₂的利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義。

（1）已知石墨的標準燃燒熱為y kJ·mol^－1，1.2g石墨在1.68L（標準狀況）氧氣中燃燒，至反應物耗盡，放出x kJ熱量。則石墨與氧氣反應生成CO的熱化學方程式為     ，

（2）高溫時，用CO還原MgSO₄可制備高純MgO。

①750℃時，測得氣體中含等物質的量SO₂和SO₃，此時反應的化學方程式是     。

②由MgO可制成“鎂—次氯酸鹽”燃料電池，其裝置示意圖如圖1，該電池反應的離子方程式為          。    

    　    

圖1                 圖2                 圖3

（3）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉化為甲醇的熱化學方程式為：

CO₂(g) +3H₂(g)  CH₃OH(g) +H₂O(g) △H

①該反應的平衡常數表達式為K=            。

②取五份等體積CO₂和H₂的混合氣體(物質的量之比均為1∶3)，分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發生上述反應，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數φ(CH₃OH)與反應溫度T的關系曲線如圖2所示，則上述CO₂轉化為甲醇反應的ΔH         (填“>” “<”或“＝”)0。

③在兩種不同條件下發生反應，測得CH₃OH的物質的量隨時間變化如圖3所示，曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為K_Ⅰ      K_Ⅱ(填“>” “<”或“＝”)。

④一定溫度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式投入反應物，一段時間后達到平衡。

容 器	甲	乙
反應物 投入量	1molCO2 3molH2	a molCO2、b molH2、 c molCH3OH(g)、c molH2O(g)

 

若甲中平衡后氣體的壓強為開始時的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，且起始時維持反應逆向進行，則c的取值范圍為        。

 

Answer 1

【答案】

（1）C(石墨) +1/2O₂(g) = CO(g)  △H ₂=" -(20x-y)" kJ·mol^－1（2分）

（2）①2MgSO₄ + CO ="====" 2MgO + SO₂ + CO₂ + SO₃（2分）。

②Mg + ClO^- + H₂O = Cl^- + Mg(OH)₂（2分）。

（3）① （2分）   

②＜    （2分）

③>   （2分）

④0.4＜ c≤1     （2分）

【解析】

試題分析：（1）該反應式可由C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g）；△H_１=－y kJ·mol^－1，和C(石墨) +1/2O₂(g) = CO(g)；此反應碳過量，氧氣不足，所以只反應了1.68/22.4=0.075mol，而1mol的反應放熱應該為x*（1.5/0.075）=20x;再根據蓋斯定理，△H ₂="-(20x-y)" kJ·mol^－1，最終答案為C(石墨) +1/2O₂(g) = CO(g)  △H ₂=" -(20x-y)" kJ·mol^－1；（2）①根據電子得失守恒，確定硫酸鎂與二氧化硫和三氧化硫的計量數，再寫方程。2MgSO₄ + CO ="====" 2MgO + SO₂ + CO₂ + SO₃。②先可以從圖中看出得失電子的離子，再確定正負極的電極方程式，最后寫總反應式：Mg + ClO^- + H₂O = Cl^- + Mg(OH)₂。（3）①根據公式可以寫出：，②由圖二可知，ΔH<0，該反應正反應是放熱反應，溫度升高，反應速率和限度均會增大，但是溫度升高到一定程度，反應向吸熱反應即逆反應方向的趨勢越來越大，使得甲醇的體積分數φ(CH₃OH)反而減小。③根據圖像可知，I的甲醇的物質的量大，轉化率高，所以在計算時，平衡常數的公式中，平衡常數大小關系為K_Ⅰ>K_Ⅱ。④根據化學平衡反應進行計算如下：

CO₂(g) +3H₂(g)  CH₃OH(g) +H₂O(g)

始   1mol   3mol         0 mol      0 mol

變   x mol  3x mol       x mol      x mol

終   1-x    3-3x         x          x

由于壓強是原來的0.8 ，所以[（1-x）+（3-3x）+x+x]/4=0.8算得x=0.4mol,根據等體積的等效平衡，各物質的量相同才可以，所以c的最大值是1mol,而保持平衡一開始向逆方向移動，所以c大于0.4mol。

考點：熱化學方程式及方程式的書寫，化學平衡

點評：本題綜合熱化學方程式的書寫，蓋斯定理和化學平衡狀態的判斷和計算，整體難度不大，計算也是使用較常規的三段式的方法，關鍵在于抓住等體積時等效平衡需要物質的量與原體系相同，兩者才等效。