Question

5．资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品．
（1）有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相关热化学方程式如下：
6FeO（s）+CO₂（g）=2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^-1
①上述反应中每生成1mol Fe₃O₄，转移电子的物质的量为2mol．
②已知：C（s）+2H₂O（g）=CO₂ （g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^-1，则反应：
3FeO（s）+H₂O （g）=Fe₃O₄ （s）+H₂ （g）的△H=+18.7kJ•mol^-1．
（2）在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：CO₂（g）+4H₂ （g）?CH₄ （g）+2H₂O（g）
△H=Q kJ•mol^-1，向一容积为 2L的恒容密闭容器中充人2molCO₂和8mol H₂，在 300℃时发生上述反应，达到平衡时，测得CH₄的浓度为0.8mol•L^-1，则300℃时上述反应的平衡常数K=25． 200℃时该反应的平衡常数K=64.8，则该反应的Q＜ （填“＞”或“＜”）0．

Answer 1

分析 （1）①反应中Fe元素化合价升高，C元素化合价降低，计算生成C的物质的量，结合C元素化合价变价计算转移电子物质的量；
②已知：Ⅰ.6FeO（s）+CO₂（g）=2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^-1
Ⅱ．C（s）+2H₂O（g）=CO₂ （g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，（Ⅰ+Ⅱ）×$\frac{1}{2}$可得：3FeO（s）+H₂O （g）=Fe₃O₄ （s）+H₂ （g），焓变也进行需要计算；
（2）向一容积为 2L的恒容密闭容器中充人2molCO₂和8mol H₂，在 300℃时发生上述反应，达到平衡时，测得CH₄的浓度为0.8mol•L^-1，则：
              CO₂（g）+4H₂ （g）?CH₄ （g）+2H₂O（g）
起始量（mol/L）：1      4         0         0
变化量（mol/L）：0.8    3.2       0.8       1.6
平衡量（mol/L）：0.2    0.8       0.8       1.6
代入K=$\frac{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{4}（{H}_{2}）}$计算平衡常数，再根据平衡常数相对大小判断温度对平衡移动的影响．

解答 解：（1）①由方程式可知，每生成1mol Fe₃O₄时生成0.5molC，C元素化合价由+4价降低为0价，故转移电子为0.5mol×4=2mol，故答案为：2；
②已知：Ⅰ.6FeO（s）+CO₂（g）=2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^-1
Ⅱ．C（s）+2H₂O（g）=CO₂ （g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，（Ⅰ+Ⅱ）×$\frac{1}{2}$可得：3FeO（s）+H₂O （g）=Fe₃O₄ （s）+H₂ （g），则△H=$\frac{1}{2}$×（-76.0kJ•mol^-1+113.4kJ•mol^-1）=+18.7kJ•mol^-1，
故答案为：+18.7kJ•mol^-1；
（2）向一容积为 2L的恒容密闭容器中充人2molCO₂和8mol H₂，在 300℃时发生上述反应，达到平衡时，测得CH₄的浓度为0.8mol•L^-1，则：
               CO₂（g）+4H₂ （g）?CH₄ （g）+2H₂O（g）
起始量（mol/L）：1       4         0         0
变化量（mol/L）：0.8     3.2       0.8       1.6
平衡量（mol/L）：0.2     0.8       0.8       1.6
平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{4}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8×1．{6}^{2}}{0.2×0．{8}^{4}}$=25，200℃时该反应的平衡常数K=64.8，大于300℃时该反应的平衡常数25，说明降低温度平衡向正反应方向移动，故正反应为放热反应，即Q＜0，
故答案为：25；＜．

点评 本题考查平衡常数计算及影响因素、反应热计算、氧化还原反应计算，注意对盖斯定律的理解掌握，难度中等．