Question

20．CCUS是一種二氧化碳的捕獲、利用與封存的技術(shù)，這種技術(shù)可將CO₂資源化，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益．
（1）已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-820kJ/mol
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.2kJ/mol
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃=-566kJ/mol則反應(yīng)的
CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+229.6kJ/mol
（2）工業(yè)上，可利用太陽(yáng)能以CO₂為原料制取C，其原理如圖1所示：整個(gè)過(guò)程中FeO（填“Fe₃O₄”或“FeO”）是反應(yīng)的催化劑．重整系統(tǒng)中發(fā)生的反應(yīng)為：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C每生成1mol Fe₃O₄，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol．

（3）CO₂還可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
②在恒容的密閉容器中，加入H₂和CO₂的混合氣體，不同溫度條件，反應(yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)（CH₃OH）如圖2所示．圖中A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)中，處于平衡狀態(tài)的是C、D、E（填字母），B點(diǎn)和E點(diǎn)的反應(yīng)速率大小關(guān)系為v（B）＜v（E）（填“＞”、“＜”、“=”）．
③一定溫度下，在甲、乙兩個(gè)容積相同的恒容密閉容器中，加入H₂和CO₂的混合氣體．

容器	甲	乙
反應(yīng)物投入量	1molCO2、3molH2	a molCO2、b molH2、c molCH3OH（g）、c molH2O（g）

甲容器平衡后氣體的壓強(qiáng)為開始時(shí)的80%，要使乙容器達(dá)平衡時(shí)與甲容器達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，且起始時(shí)反應(yīng)逆向進(jìn)行，則c的取值范圍為0.4＜n（c）≤1mol．

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-820kJ/mol
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.2kJ/mol
③2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃=-566kJ/mol則根據(jù)蓋斯定律，①+2②-2③得CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+229.6kJ/mol，由此分析解答；（2）氧化亞鐵反應(yīng)前后質(zhì)量未變，反應(yīng)2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合價(jià)由-2價(jià)升高到0價(jià)，結(jié)合元素化合價(jià)以及方程式計(jì)算；
（3）①依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念寫出平衡常數(shù)表達(dá)式；
②C點(diǎn)前是平衡的建立，C點(diǎn)后是平衡的移動(dòng)，溫度越高反應(yīng)速率越快；
③根據(jù)平衡三部曲求出甲中平衡時(shí)各氣體的物質(zhì)的量，然后根據(jù)平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持反應(yīng)逆向進(jìn)行來(lái)判斷范圍．

解答 解：（1）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-820kJ/mol
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.2kJ/mol
③2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃=-566kJ/mol則根據(jù)蓋斯定律，①+2②-2③得CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+229.6kJ/mol，
故答案為：+229.6；
（2）氧化亞鐵反應(yīng)前后質(zhì)量未變，所以催化劑是氧化亞鐵，2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合價(jià)由-2價(jià)升高到0價(jià)，由方程式可知，2molFe₃O₄參加反應(yīng)，生成1mol氧氣，轉(zhuǎn)移4mol電子，則每分解lmolFe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol，故答案為：FeO；2mol；
（3）①平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，所以K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②C點(diǎn)前是平衡的建立，C點(diǎn)后是平衡的移動(dòng)，溫度越高反應(yīng)速率越快，所以點(diǎn)C、D、E都是平衡狀態(tài)，而E的溫度高于B，所以E點(diǎn)的反應(yīng)速率快，
故答案為：C、D、E；＜；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始：1        3         0          0
平衡：1-x     3-3x       x          x
甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開始時(shí)的0.8倍，即（4-2x）/4=80%  
   解得x=0.4mol
依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時(shí)維持反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以全部由生成物投料，c的物質(zhì)的量為1mol，c 的物質(zhì)的量不能低于平衡時(shí)的物質(zhì)的量0.4mol，所以c的物質(zhì)的量為：0.4＜n（c）≤1mol，故答案為：0.4＜n（c）≤1mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查涉及知識(shí)點(diǎn)較多，涉及平衡常數(shù)的表達(dá)式、蓋斯定律以及外界條件對(duì)平衡移動(dòng)的影響等問(wèn)題，題目難度中等，本題注意把握計(jì)算方法．