Question

18．研究碳和硫的化合物的性质，有助于合理控制温室效应、环境污染，并能进行资源化利用，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上述反应的还原产物为C，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．
（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）．向一容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO₂ 0.2mol•L^-1，H₂ 0.8mol•L^-1，CH₄ 0.8mol•L^-1，H₂O 1.6mol•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△H＜（填“＞”或“＜”）0．

Answer 1

分析 （1）①反应6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（s）中，Fe元素化合价由+2价部分升高到+3价，C元素化合价由+4价降低到0价；
②6FeO（s）+CO₂（g）=2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^-1
C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^-1，
两热化学方程式相加除以2得：3FeO（s）+H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+H₂（g）的反应热；
（2）平衡状态c（H₂）=c（CH₄）=0.8mol/L，c（CO₂）=0.2mol/L；
               CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量（mol/L） 1.0      4.0       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
根据平衡常数为生成物浓度的幂次方之积比上反应物浓度的幂次方之积书写；比较300℃与200℃时的平衡常数K的值判断反应的△H．

解答 解：（1）①反应6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（s）中，Fe元素化合价由+2价部分升高到+3价，C元素化合价由+4价降低到0价，还原产物为C，每生成1mol Fe₃O₄，则生成0.5molC，转移2mol电子，
故答案为：C；2；
②6FeO（s）+CO₂（g）=2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^-1
C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^-1，
两热化学方程式相加除以2得：3FeO（s）+H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+H₂（g）
△H=（-76.0kJ/mol+113.4kJ/mol）÷2=+18.7kJ/mol，
故答案为：+18.7kJ/mol；
（2）平衡状态c（H₂）=c（CH₄）=0.8mol/L，c（CO₂）=0.2mol/L；
               CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量（mol/L） 1.0      4.0       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
反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（{H}_{2}O）{c}^{2}（C{H}_{4}）}{c（C{O}_{2}）{c}^{4}（{H}_{2}）}$=$\frac{1．{6}^{2}×0.8}{0.2×0．{8}^{4}}$=25，因为200℃时该反应的平衡常数K=64.8，所以升温K变小，平衡向逆反应方向移动，所以△H＜0；
故答案为：25；＜．

点评 本题考查较为综合，涉及热化学方程式定量计算，化学平衡的计算，氧化还原反应的理解应用等知识，为高考常见题型，侧重考查学习的分析、计算能力，题目难度中等．