Question

（14分）研究CO₂的利用對(duì)促進(jìn)低碳社會(huì)的構(gòu)建具有重要的意義。

（1）已知石墨的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為y kJ·mol^－1，1.2g石墨在1.68L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氧氣中燃燒，至反應(yīng)物耗盡，放出x kJ熱量。則石墨與氧氣反應(yīng)生成CO的熱化學(xué)方程式為     ，

（2）高溫時(shí)，用CO還原MgSO₄可制備高純MgO。

①750℃時(shí)，測(cè)得氣體中含等物質(zhì)的量SO₂和SO₃，此時(shí)反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)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(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：

CO₂(g) +3H₂(g)  CH₃OH(g) +H₂O(g) △H

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=            。

②取五份等體積CO₂和H₂的混合氣體(物質(zhì)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(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH₃OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖2所示，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的ΔH         (填“>” “<”或“＝”)0。

③在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖3所示，曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)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(gè)密閉容器中，按如下方式投入反應(yīng)物，一段時(shí)間后達(dá)到平衡。

容 器	甲	乙
反應(yīng)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(qiáng)為開始時(shí)的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持反應(yīng)逆向進(jìn)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(yīng)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(yīng)碳過量，氧氣不足，所以只反應(yīng)了1.68/22.4=0.075mol，而1mol的反應(yīng)放熱應(yīng)該為x*（1.5/0.075）=20x;再根據(jù)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(jù)電子得失守恒，確定硫酸鎂與二氧化硫和三氧化硫的計(jì)量數(shù)，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(fù)極的電極方程式，最后寫總反應(yīng)式：Mg + ClO^- + H₂O = Cl^- + Mg(OH)₂。（3）①根據(jù)公式可以寫出：，②由圖二可知，ΔH<0，該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)速率和限度均會(huì)增大，但是溫度升高到一定程度，反應(yīng)向吸熱反應(yīng)即逆反應(yīng)方向的趨勢(shì)越來越大，使得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH₃OH)反而減小。③根據(jù)圖像可知，I的甲醇的物質(zhì)的量大，轉(zhuǎn)化率高，所以在計(jì)算時(shí)，平衡常數(shù)的公式中，平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ>K_Ⅱ。④根據(jù)化學(xué)平衡反應(yīng)進(jìn)行計(jì)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(qiáng)是原來的0.8 ，所以[（1-x）+（3-3x）+x+x]/4=0.8算得x=0.4mol,根據(jù)等體積的等效平衡，各物質(zhì)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(dòng)，所以c大于0.4mol。

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式及方程式的書寫，化學(xué)平衡

點(diǎn)評(píng)：本題綜合熱化學(xué)方程式的書寫，蓋斯定理和化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷和計(jì)算，整體難度不大，計(jì)算也是使用較常規(guī)的三段式的方法，關(guān)鍵在于抓住等體積時(shí)等效平衡需要物質(zhì)的量與原體系相同，兩者才等效。