Question

8．碳及其化合物与人类生产、生活密切相关．

（1）在化工生产过程中，少量CO的存在会引起催化剂中毒，为了防止催化剂中毒，常用SO₂将CO氧化，SO₂被还原为S．
已知：
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₁=-126.4KJ．mol^-1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-393.5KJ．mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₃=-296.8KJ．mol^-1
则SO₂氧化CO的热化学反应方程式为SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-237.4kJ•mol^-1．
（2）CO可用于合成甲醇，化学方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8KJ•mol^-1．
①在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇的规律．如图1是上述三种温度下H₂和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol）与CO平衡转化率的关系，则曲线Z对应的温度是270℃；该温度下上述反应的化学平衡常数为4．曲线上a、b、c点对应的化学平衡常数分别为K₁、K₂、K₃，则K₁、K₂、K₃的大小关系为K₁═K₂＜K₃；
②在密闭容器里按体积比为1：2充入一氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状．当改变某一反应条件后，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是AC（填序号）．
A．正反应速率瞬间增大，后逐渐减小    
B．混合气体的密度增大
C．化学平衡常数K值增大    
D．反应物的体积百分含量增大
（3）一种新型CO燃料电池工作原理如图2所示．
①负极电极反应式为CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂；
②电极A处产生的CO₂有部分参与循环利用，其利用率为50%．

Answer 1

分析 （1）已知：①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₁=-126.4kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-393.5kJ•mol^-1
③S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₃=-296.8kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算②×2-①×2-③得到答案；
（2）①正反应放热，则升高温度CO的转化率降低；计算出平衡时各物质的浓度，结合平衡常数的定义进行计算；平衡常数是温度的函数，正反应是放热反应，温度越高K越小；
②当正逆反应速率不相等时，化学平衡会向着正方向或是逆方向进行；
（3）①负极是一氧化碳发生氧化反应，生成二氧化碳；
②根据负极2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂，而正极反应为O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．

解答 解：（1）已知：①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₁=-126.4kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-393.5kJ•mol^-1
③S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₃=-296.8kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算②×2-①×2-③得到SO₂氧化CO的热化学反应方程式：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-237.4kJ•mol^-1；
故答案为：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-237.4kJ•mol^-1；
（2）根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，所以曲线Z为270℃，
由图象可知当270℃时，CO的转化率为50%，n（H₂）：n（CO）=1.5，则
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始（mol/L） 1       1.5      0
转化（mol/L） 0.5     1        0.5
平衡（mol/L） 0.5     0.5      0.5
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×0.5×0.5}$=4，
曲线上a、b是等温，温度高于c点的温度，所以K₁═K₂＜K₃，故答案为：270；4；K₁═K₂＜K₃；
②化学平衡的标志是正逆反应速率相等，当逆反应速率小于正反应速率时，说明反应是正向进行的，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0；
A．正反应速率先增大后减小，说明反应正向进行，故A正确；              
B．混合气体的密度增大，可以增加生成物使其密度增大，说明反应逆向进行，故B错误；
C．化学平衡常数K值增大，说明平衡正向进行，故C正确；                
D．反应物的体积百分含量增大，可能逆向进行，也可能正向进行，不能说明反应正向进行，故D错误；
故答案为：AC；
（3）①负极是一氧化碳发生氧化反应，生成二氧化碳，电极反应式为：CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂，故答案为：CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂；
②根据负极2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂，而正极反应为O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-，所以在转移4mol电子相同的情况下负极产生4mol的二氧化碳，而正极消耗2mol的二氧化碳，所以利用率为50%，故答案为：50%．

点评 本题目综合考查盖斯定律的应用、化学反应平衡常数的计算和应用等方面的知识，侧重于影响平衡移动及平衡常数的因素的考查，注意知识的归纳和整理是关键，题目难度中等．注意（3）燃料电池反应的特点．