Question

18．研究碳及其化合物的性质对于科研、生产生活具有重要意义．
（1）将1.8g木炭置于2.24L（标准状况）氧气中完全燃烧，至反应物耗尽，测得放出热量30.65kJ，则反应过程中共转移电子0.4mol．已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-392.0kJ•mol^-1综合上述信息，请写出CO完全燃烧的热化学方程式CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-281.5kJ/mol．
（2）CO可以合成工业用洁净燃料甲醇，反应为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．T₀℃时，向容积均为50mL密闭容器甲、乙中分别加入1mol CO和2mol H₂，发生上述反应，其中乙为绝热容器，反应过程中测得甲容器内压强随时间变化曲线如图所示：
①下列描述中能说明甲容器中的反应达平衡状态的是bd（填序号）．
a．2v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）
b．CO与CH₃OH的体积比不再改变
c．化学平衡常数K的值不再变化
d．CO、H₂、CH₃OH的浓度均不再变化
②0-8分钟内，甲中v（H₂）=2.5mol•L^-1•min^-1；达到平衡后，甲中CO的转化率大于（填写“大于”、“小于”或“等于”）乙中CO的转化率．

Answer 1

分析 （1）碳的物质的量为$\frac{1.8g}{12g/mol}$=0.15mol，氧气物质的量为$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，二者完全反应，而C、O原子数目之比为0.15：0.1×2=3：4，介于1：2与1：1之间，故反应生成CO、CO₂，根据碳原子、氧原子守恒列方程计算CO、CO₂的物质的量，根据O元素化合价变价计算转移电子物质的量；
根据热化学方程式计算1.8g碳燃烧生成二氧化碳放出的热量，与实际热量之差为生成的CO燃烧放出的热量，注明聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（2）①可逆反应到达平衡时，同一物质的正逆反应速率相等，各组分的浓度、含量不变，由此衍生的一些其它量不变，判断平衡状态的物理量应随反应进行发生变化，当该物理量由变化到不变化，说明到达平衡；
②恒温恒容下，压强之比等于气体物质的量之比，据此计算平衡时混合气体总物质的量，再利用差量法计算参加反应的氢气的物质的量，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；
乙为绝热容器，正反应为放热反应，随反应进行，乙中温度升高，乙到达的平衡相当于在甲平衡的基础上升高温度，升高温度，平衡向逆反应方向移动．

解答 解：（1）碳的物质的量为$\frac{1.8g}{12g/mol}$=0.15mol，氧气物质的量为$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，二者完全反应，而C、O原子数目之比为0.15：0.1×2=3：4，介于1：2与1：1之间，反应生成CO、CO₂，反应中氧元素化合价由0价降低为-2价，故转移电子为0.1mol×2×2=0.4mol；
设CO、CO₂的物质的量分别为xmol、ymol，根据碳原子、氧原子守恒，则：
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.15}\\{x+2y=0.1×2}\end{array}\right.$
解得x=0.1 y=0.05
若0.15mol碳完全燃烧生成二氧化碳，则放出的热量为0.15mol×392.0kJ/mol=58.8kJ，而生成0.1molCO、0.05molCO₂放出的热量为30.65kJ，根据盖斯定律，可知0.1molCO燃烧生成二氧化碳放出的热量为58.8kJ-30.65kJ=28.15kJ，则1molCO燃烧放出的热量为281.5kJ，故CO燃烧的热化学方程式为：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-281.5kJ/mol，
故答案为：0.4；CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-281.5kJ/mol；
（2）①a．若2v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH），则v_正（H₂）：v_逆（CH₃OH）=1：2，不等于化学计量数之比2：1，故逆反应速率较快，反应向逆反应进行，故a错误；
b．随反应进行CO与CH₃OH的体积比减小，二者体积之比不再改变，说明反应到达平衡，故b正确；
c．温度不变，化学平衡常数K的值始终不变，不能说明得到平衡，故c错误；
d．CO、H₂、CH₃OH的浓度均不再变化，反应混合物个组分的浓度不变，说明反应到达平衡，故d正确，
故选：bd；
②恒温恒容下，压强之比等于气体物质的量之比，设甲中平衡时总物质的量为xmol，则（1mol+2mol）：xmol=12.3：8.2，解得x=2，
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）物质的量减少
        2                    2
        1mol            （1mol+2mol）-2mol=1mol
故v（H₂）=$\frac{\frac{1mol}{0.05L}}{8min}$=2.5mol/（L．min）；
乙为绝热容器，正反应为放热反应，随反应进行，乙中温度升高，乙到达的平衡相当于在甲平衡的基础上升高温度，升高温度，平衡向逆反应方向移动，故甲中CO的转化率大于乙中CO的转化率，
故答案为：2.5；大于．

点评 本题考查化学平衡有关计算、化学平衡移动、化学平衡状态判断、热化学方程式书写等，（1）注意利用盖斯定律计算CO燃烧放出的热量，（2）中注意乙装置为绝热容器，难度中等．