Question

14．一氧化碳是一种用途十分广泛的化工基础原料．
（1）在高温下一氧化碳可将二氧化硫还原为单质硫．已知：
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₁=-393.5kJ•mol^-1
CO₂（g）+C（s）=2CO（g）；△H₂=+172.5kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H₃=-296.0kJ•mol^-1
请写出CO除SO₂的热化学方程式2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）；△H=-270 kJ•mol^-1．
（2）工业上一般采用CO与H₂在一定条件下反应合成甲醇，反应为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．在不同温度下的化学平衡常数（K）如下表：

温度	250℃	300℃	350℃
A	2.041	0.250	0.012

①某温度下，将2molCO（g）和6molH₂（g）充入2L密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c（CO）=0.5mol/L，则CO（g）的转化率为50%，此时的温度为300℃．
②在恒容条件下，要提高CO（g）的转化率，可以采取的措施有DE（填字母序号）．
A、升高温度        B、加入催化剂      C、增加CO（g）的浓度
D、充入H₂（g）加压E、分离出甲醇  F、充入稀有气体加压
③实际生产过程中，合成气要进行循环，其目的是提高原料利用率．
（3）如图甲是--碳酸盐燃料电池，它以CO为燃料，一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃熔融混合物为电解质；图乙是粗铜精炼的装置图，现用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验．
请回答下列问题：
①写出A极发生的电极反应式CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂．
②要进行粗铜的精炼实验时，则B极应与D极（填“C”或“D”）相连．
③当消耗2.24L（标准状况下） CO时，粗铜电极理论上减少铜的质量小于（填“大于”、“等于”或“小于”）6.4g．

Answer 1

分析 （1）已知：①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ/mol
 ②CO₂（g）+C（s）=2CO（g）△H₂=172.5kJ/mol
 ③S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₃=-296.0kJ/mol
根据盖斯定律，①-②-③得到反应的热化学方程式为2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=△H₁-△H₂-△H₃；
（2）①利用三段式法计算出平衡浓度，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积，结合平衡常数大小判断反应的温度；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），依据平衡常数随温度变化可知，温度升高，平衡常数减小说明反应是放热反应，在恒容条件下，要提高CO（g）的转化率，可以改变条件使平衡正向进行，注意若只增大CO浓度，平衡向正反应移动，CO的转化率降低；
③合成气进行循环，可以提高原料利用率；
（3）根据CO具有还原性，在负极上发生氧化反应生成CO₂，结合电解质书写电极反应式；根据A为负极，B为正极，粗铜精炼时，粗铜作阳极，与电源的正极相连；根据电子得失守恒以及粗铜中除了铜失去电子还有其他金属失去电子；
①根据CO具有还原性，在负极上发生氧化反应生成CO₂，结合电解质书写电极反应式；
②根据A为负极，B为正极，粗铜精炼时，粗铜作阳极，与电源的正极相连；
③根据电子得失守恒以及精铜中铜离子得到电子的电极反应来计算，粗铜做阳极含有锌、铁、镍、金、银等，结合电子守恒分析．

解答 解：（1）已知：①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ/mol
 ②CO₂（g）+C（s）=2CO（g）△H₂=172.5kJ/mol
 ③S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₃=-296.0kJ/mol
根据盖斯定律，①-②-③得到反应的热化学方程式为：
2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=△H₁-△H₂-△H₃=-270 kJ•mol^-1，
故答案为：2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）；△H=-270 kJ•mol^-1；
（2）①某温度下，将2molCO（g）和6molH₂（g）充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时c（CO）=0.5mol/L，
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始浓度（mol/L）  1       3        0        
转化浓度（mol/L）  0.5     1        0.5     
平衡（mol/L）      0.5    2        0.5       
所以CO的转化率α（CO）=$\frac{0.5mol/L}{1mol/L}$×100%=50%
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×{2}^{2}}$=0.25，
反应的温度接为300°C；
故答案为：50%；300°C；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），依据平衡常数随温度变化可知，温度升高，平衡常数减小说明反应是放热反应，在恒容条件下，要提高CO（g）的转化率，可以改变条件使平衡正向进行；
A．升高温度，平衡向逆反应移动，平衡时CO的转化率减小，故A错误；
B．加入催化剂，缩短到达平衡时间，平衡不移动，CO转化率不变，故B错误；
C．增加CO的浓度，平衡向正反应移动，平衡时CO的转化率减小，故C错误；
D．加入H₂加压，平衡向正反应移动，平衡时CO的转化率增大，故D正确；
E．分离出甲醇，平衡向正反应移动，平衡时CO的转化率增大，故E正确．
F．加入惰性气体加压，反应混合物的浓度不变，变化不移动，故F错误；
故选：DE；
③生产过程中，合成气要进行循环，这样可以提高原料利用率，符合经济效益；
故答案为：提高原料利用率；
（3）①CO具有还原性，在负极上发生氧化反应生成CO₂，电极反应式为：CO-2e^-+CO₃^2-═2CO₂，
故答案为：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂；
②因A为负极，B为正极，粗铜精炼时，粗铜作阳极，与电源的正极相连，
故答案为：D；
③当消耗标准状况下2.24L CO时，电极反应式：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂，失去电子为$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$×2=0.2mol，精铜电极电极反应式：Cu²⁺+2e^-=Cu，由电子得失守恒可知Cu²⁺的物质的量为0.1mol，精铜电极的质量增加的质量为：0.1mol×64g/mol=6.4g，粗铜做阳极，其中的铜、锌、镍等金属失电子，粗铜电极理论上减少铜的质量一定小于6.4g；
故答案为：小于．

点评 本题考查了学生热化学方程式的书写，化学反应速率化学平衡影响因素分析判断，电解原理的分析应用等有关知识，综合性强，注意粗铜精炼的原理分析，难度中等．