Question

【題目】碳在冶金工業上具有重要用途。已知氧與碳的反應主要有：

Ⅰ.C(s)＋O2(g)CO2(g) △H1＝－394kJ·mol－1

Ⅱ.2C(s)＋O2(g)2CO(g) △H2＝－221kJ·mol－1

Ⅲ.2CO(g)＋O2(g)2CO2(g) △H3

上述反應的△G～T如圖所示，且滿足△G＝△H－T△S。

請回答：

(1)曲線a代表反應_________(填“I”、“II”或“III”)，理由是__________。

(2)研究發現，以CO2替代高溫水蒸氣作為煤氣化反應(H2O與C反應)的氣化劑，實現了CO2零排放的新工藝。寫出反應IV的熱化學方程式___________(碳的計量數為1)。在1273K時，測得碳轉化率[α(C)]與時間t變化如圖所示。保持其它條件不變，請畫出1773K時α(C)～t關系圖______。

(3)當T＝T1時，反應IV處于平衡狀態，下列關于反應IV的說法正確的是_________。

A.因平衡時△G＝0，若△H變化173.3kJ·mol－1，△S變化173.3J·K－1·mol－1，計算得T1＝1000K

B.T＜T1時，反應向逆反應方向移動

C.當碳的濃度不再變化時，一定處于平衡狀態

D.因平衡常數K的值不再變化，反應達到了平衡

(4)當T＝1273K時，僅存在CO、CO2兩種氣體，且維持總壓為1 atm，此時反應IV的Kp＝112，則CO氣體所占的分壓p(CO)為___________atm。(列式即可)

Answer 1

【答案】Ⅲ H3=-567kJ/mol，S＜0，由G=H-TS，曲線斜率為正值 C(s)+CO2(g)=2CO(g) H4=+173kJ/mol AB

【解析】

（1）曲線a是上升的，曲線斜率為正值，只有H＜0，S＜0符合。

（2）溫度升高，縮短了達到平衡的時間，反應正向進行，轉化率增加。

（3）根據△G＝H-TS＝0解答。

（4）由于體系中只存在2種氣體，設CO的分壓為x，則CO2的分壓為1-x，Kp=，解得x的值即可。

（1）上述三個反應中，只有反應ⅢH3＜0，S＜0，由G=H-TS，曲線斜率為正值，故本題答案為：Ⅲ；H3=-567 kJ/mol，S＜0，由G=H-TS，曲線斜率為正值。

（2）以CO2替代高溫水蒸氣作為煤氣化反應的氣化劑，根據蓋斯定律可知方程式為：C(s)+CO2(g)=2CO(g)，H4=H2-H1=+173 kJ/mol。在1773K時，溫度升高，縮短了達到平衡的時間，反應正向進行，轉化率增加，所以圖像為：，故本題答案為：C(s)+CO2(g)=2CO(g) H4=+173kJ/mol；。

（3）A．因平衡時△G＝H-TS＝0，當△H變化173.3kJ·mol－1，△S變化173.3J·K－1·mol－1時， T1＝=1000K，A正確；

B．該反應為吸熱反應，溫度降低，逆向進行，B正確；

C．碳是純固體，濃度看做1，不能作為化學平衡的判斷依據，C錯誤；

D．當溫度不變，改變濃度或壓強，化學平衡可能發生移動，但平衡常數K的值不再變化，D錯誤；

本題答案為：AB。

（4）當T＝1273K時，僅存在CO、CO2兩種氣體，且維持總壓為1 atm，設CO的分壓為x，則CO2的分壓為1-x，Kp=，解得x=，故本題答案為：。