Question

【题目】CO是重要的燃料和工业原料。目前，对CO的综合利用是科学家研究的热点。回答下列问题：

Ⅰ．工业制备CO的方法之一是甲烷氧化法。

已知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-802 kJ/mol

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484 kJ/mol

③2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-330 kJ/mol

（1）反应2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g),△H=_________kJ/mol。

Ⅱ．CO也是制备AlCl3的副产品

制备AlCl3的原理为：2Al2O3(s)+6Cl2(g) 4AlCl3(g)+3O2(g) △H1

（2）已知该反应在较低温度下不能自发进行，则△H1_____0（填“>”“<”或“=”）

（3）制备AlCl3的实际生产过程中，常加入足量的碳粉，同时生成CO(g)。T1℃时，向恒容的密闭容器中加入5molAl2O3(s)、14molC(s)和6.4molCl2(g)发生反应。Cl2(g)的浓度变化如图（a）所示；图b为20min后改变容器中条件，平衡体系的反应速率（）随时间（t）的变化关系，且四个阶段都各改变一种不同条件（该条件下制得的AlCl3为固态）。

①容器中发生反应的化学方程式为______________________________。

②0～15min内，用CO表示的该反应平均速率=__________mol/（Lmin）

③T1℃时，该反应的平衡常数K=______________（不需带单位）。

④40min时的平衡常数[K(40)]与15min时的平衡常数[K(15)]的大小关系：K(40)____K(15)（填“>”“<”或“=”）

⑤45min时，改变的条件为___________。

Answer 1

【答案】 -306 > Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO 0.02 3375 = 降低温度

【解析】I．(1)①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJmol-1，②2H2(g)+O2(g)═2H2O(g) △H=-484kJmol-1，③2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)，△H=-330kJmol-1，根据盖斯定律计算①×2-(②×2+③)得到2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g) △H1=-802kJ/mol×2-(-484kJ/mol×2-330kJ/mol) =-306kJ/mol，故答案为：-306kJ/mol；

Ⅱ．(2)制备A1C13的原理为2A12O3(s)+6C12(g)4A1C13(g)+3O2(g) △H2，已知该反应在较低温度下不能自发进行，△H-T△S＞0，△S＞0，满足△H-T△S＞0，△H＞0，故答案为：＞；

(3)①制备A1C13的原理为2A12O3(s)+6C12(g)4A1C13(g)+3O2(g)，制备A1Cl3的实际生产过程中，常加入足量的碳粉，同时生成CO(g)，结合原子守恒书写化学方程式为：A12O3+3C+3C122A1C13+3CO，故答案为：A12O3+3C+3C122A1C13+3CO；

②0～15min内氯气反应的物质的量浓度=0.32mol/L-0.02mol/L=0.3mol/L，生成CO物质的量浓度为0.3mol/L，一氧化碳反应速率v(CO)= ==0.02mol/(Lmin)，故答案为：0.02；

③图2可知20min、25min时的改变条件分别为加入催化剂、增大压强，平衡均未移动，推知该条件下AlCl3为固体或液体，平衡时c(CO)=0.3mol/L，c(Cl2)=0.02mol/L，K= ==3375，故答案为：3375；

④根据图2可知40min前未改变温度，平衡常数只随温度变化，则K(40)=K(15)，故答案为：=；

⑤根据图2可知20min、25min时的改变条件分别为加入催化剂、增大压强，平衡均未移动，四个阶段都各改变一种不同的条件，结合图像变化和③分析得到45min时正逆反应速率都减小，说明改变的是降低温度，故答案为：降低温度。