Question

13．金刚石和石墨均为碳的同素异形体，它们在氧气不足时燃烧生成CO，充分燃烧时生成CO₂，反应放出的能量如图1所示

（1）在通常状况下，石墨更稳定（填“金刚石”或“石墨”），金刚石转化为石墨的热化学方程式为C（金刚石，s）=C（石墨，s）△H=-1.9kJ/mol
（2）CO、O₂和熔融Na₂CO₃可制作燃料电池，其原理见图2．石墨Ⅰ上电极反应式为CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂
（3）用CO₂生产甲醇燃料的方法为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
△H=-49.0kJ/mol，将6molCO₂和8molH₂充入2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如图3所示（实线）．图中数据a（1，6）表示：在1min时H₂的物质的量是6mol．
①下列时间段平均反应速率最大的是A
A.0～1min       B.1～3min         C.3～8min         D.8～11min
②仅改变某一个实验条件再进行两次实验测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示．曲线Ⅰ对应的实验条件改变是升高温度，曲线Ⅱ对应的实验条件改变是增大压强，体积不变，再充入3molCO₂和4molH₂，H₂O（g）的体积分数增大（填“增大”“减小”或“不变”）

Answer 1

分析 （1）依据物质能量越高，越活泼分析判断，依据图象能量变化写出金刚石转化为石墨的热化学方程式，反应是放热反应；
（2）CO、O₂和熔融Na₂CO₃可制作燃料电池，其原理见图2．石墨Ⅰ上为CO失电子发生氧化反应；
（3）①根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$判断反应速率大小；    
②升高温度和增大压强都能增大反应速率，缩短反应到达平衡的时间，但升高温度平衡向吸热反应方向移动，增大压强平衡向气体体积减小的方向移动；
若体积不变再充入3molCO₂和4molH₂，与开始6molCO₂和8molH₂充入2L的密闭容器中比较，相当于增加开始的一半，应采用先扩大再压缩的方法判断；

解答 解：（1）图象分析金刚石能量高于石墨，能量越低越稳定，所以说明石墨稳定，图象分析金刚石转化为石墨需要放出热量=395.4KJ-393.5KJ=1.9KJ；反应的热化学方程式为C（金刚石，s）=C（石墨，s）△H=-1.9kJ/mol，故答案为：石墨；C（金刚石，s）=C（石墨，s）△H=-1.9kJ/mol；
（2）CO、O₂和熔融Na₂CO₃可制作燃料电池，其原理见图2，石墨Ⅰ上为CO失电子发生氧化反应，反应式为：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂；故答案为：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂；
（3）①根据图象知，A．0～1min内氢气的平均反应速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{8-6}{2}}{1}$mol/（L•min）=1mol/（L•min）．
B．1～3min内氢气的平均反应速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{6-3}{2}}{2}$mol/（L•min）=0.75mol/（L．min），
C．3～8min内氢气的平均反应速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{3-2}{2}}{5}$mol/（L•min）=0.1mol/（L．min），
D．8～11min时该反应处于平衡状态，氢气的物质的量变化量为0，
所以反应速率最大的是A，故选A； 
（2）该反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，改变条件I，反应到达平衡的时间缩短，则反应速率增大，达到平衡时，氢气的物质的量大于原平衡状态，说明改变条件I平衡向逆反应方向移动，所以该条件是升高温度；
改变条件II，反应到达平衡的时间缩短，则反应速率增大，达到平衡时，氢气的物质的量小于原平衡状态，说明平衡向正反应方向移动，则该条件是增大压强；
若体积不变再充入3molCO₂和4molH₂，与开始6molCO₂和8molH₂充入2L的密闭容器中比较，相当于增加开始的一半，应采用先将体积扩大到原来的1.5倍，H₂O（g）的体积分数，再压缩到原来的体积，平衡向正反应方向移动，所以H₂O（g）的体积分数增大，故答案为：升高温度；增大压强；增大；

点评 本题考查能量图象分析，燃料电池电极反应式的书写以及化学反应速率或平衡的图象分析，计算反应速率的大小及化学平衡状态的判断，注意把握对题目图象的分析，题目较为综合，题目难度中等．