Question

（14分）研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。

（1）已知石墨的标准燃烧热为y kJ·mol^－1，1.2g石墨在1.68L（标准状况）氧气中燃烧，至反应物耗尽，放出x kJ热量。则石墨与氧气反应生成CO的热化学方程式为     ，

（2）高温时，用CO还原MgSO₄可制备高纯MgO。

①750℃时，测得气体中含等物质的量SO₂和SO₃，此时反应的化学方程式是     。

②由MgO可制成“镁—次氯酸盐”燃料电池，其装置示意图如图1，该电池反应的离子方程式为          。    

    　    

图1                 图2                 图3

（3）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：

CO₂(g) +3H₂(g)  CH₃OH(g) +H₂O(g) △H

①该反应的平衡常数表达式为K=            。

②取五份等体积CO₂和H₂的混合气体(物质的量之比均为1∶3)，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)与反应温度T的关系曲线如图2所示，则上述CO₂转化为甲醇反应的ΔH         (填“>” “<”或“＝”)0。

③在两种不同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图3所示，曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ      K_Ⅱ(填“>” “<”或“＝”)。

④一定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式投入反应物，一段时间后达到平衡。

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

 

若甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持反应逆向进行，则c的取值范围为        。

 

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】

试题分析：（1）该反应式可由C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g）；△H_１=－y kJ·mol^－1，和C(石墨) +1/2O₂(g) = CO(g)；此反应碳过量，氧气不足，所以只反应了1.68/22.4=0.075mol，而1mol的反应放热应该为x*（1.5/0.075）=20x;再根据盖斯定理，△H ₂="-(20x-y)" kJ·mol^－1，最终答案为C(石墨) +1/2O₂(g) = CO(g)  △H ₂=" -(20x-y)" kJ·mol^－1；（2）①根据电子得失守恒，确定硫酸镁与二氧化硫和三氧化硫的计量数，再写方程。2MgSO₄ + CO ="====" 2MgO + SO₂ + CO₂ + SO₃。②先可以从图中看出得失电子的离子，再确定正负极的电极方程式，最后写总反应式：Mg + ClO^- + H₂O = Cl^- + Mg(OH)₂。（3）①根据公式可以写出：，②由图二可知，ΔH<0，该反应正反应是放热反应，温度升高，反应速率和限度均会增大，但是温度升高到一定程度，反应向吸热反应即逆反应方向的趋势越来越大，使得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)反而减小。③根据图像可知，I的甲醇的物质的量大，转化率高，所以在计算时，平衡常数的公式中，平衡常数大小关系为K_Ⅰ>K_Ⅱ。④根据化学平衡反应进行计算如下：

CO₂(g) +3H₂(g)  CH₃OH(g) +H₂O(g)

始   1mol   3mol         0 mol      0 mol

变   x mol  3x mol       x mol      x mol

终   1-x    3-3x         x          x

由于压强是原来的0.8 ，所以[（1-x）+（3-3x）+x+x]/4=0.8算得x=0.4mol,根据等体积的等效平衡，各物质的量相同才可以，所以c的最大值是1mol,而保持平衡一开始向逆方向移动，所以c大于0.4mol。

考点：热化学方程式及方程式的书写，化学平衡

点评：本题综合热化学方程式的书写，盖斯定理和化学平衡状态的判断和计算，整体难度不大，计算也是使用较常规的三段式的方法，关键在于抓住等体积时等效平衡需要物质的量与原体系相同，两者才等效。