Question

8．碳及其化合物與人類生產(chǎn)、生活密切相關(guān)．

（1）在化工生產(chǎn)過程中，少量CO的存在會引起催化劑中毒，為了防止催化劑中毒，常用SO₂將CO氧化，SO₂被還原為S．
已知：
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₁=-126.4KJ．mol^-1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-393.5KJ．mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₃=-296.8KJ．mol^-1
則SO₂氧化CO的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-237.4kJ•mol^-1．
（2）CO可用于合成甲醇，化學(xué)方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8KJ•mol^-1．
①在容積為1L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃和270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律．如圖1是上述三種溫度下H₂和CO的起始組成比（起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為1mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，則曲線Z對應(yīng)的溫度是270℃；該溫度下上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為4．曲線上a、b、c點(diǎn)對應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)分別為K₁、K₂、K₃，則K₁、K₂、K₃的大小關(guān)系為K₁═K₂＜K₃；
②在密閉容器里按體積比為1：2充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應(yīng)達(dá)到平衡狀．當(dāng)改變某一反應(yīng)條件后，下列變化能說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動的是AC（填序號）．
A．正反應(yīng)速率瞬間增大，后逐漸減小    
B．混合氣體的密度增大
C．化學(xué)平衡常數(shù)K值增大    
D．反應(yīng)物的體積百分含量增大
（3）一種新型CO燃料電池工作原理如圖2所示．
①負(fù)極電極反應(yīng)式為CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂；
②電極A處產(chǎn)生的CO₂有部分參與循環(huán)利用，其利用率為50%．

Answer 1

分析 （1）已知：①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₁=-126.4kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-393.5kJ•mol^-1
③S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₃=-296.8kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算②×2-①×2-③得到答案；
（2）①正反應(yīng)放熱，則升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率降低；計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，結(jié)合平衡常數(shù)的定義進(jìn)行計(jì)算；平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高K越��；
②當(dāng)正逆反應(yīng)速率不相等時(shí)，化學(xué)平衡會向著正方向或是逆方向進(jìn)行；
（3）①負(fù)極是一氧化碳發(fā)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳；
②根據(jù)負(fù)極2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂，而正極反應(yīng)為O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．

解答 解：（1）已知：①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₁=-126.4kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-393.5kJ•mol^-1
③S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₃=-296.8kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算②×2-①×2-③得到SO₂氧化CO的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-237.4kJ•mol^-1；
故答案為：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-237.4kJ•mol^-1；
（2）根據(jù)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，所以曲線Z為270℃，
由圖象可知當(dāng)270℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，n（H₂）：n（CO）=1.5，則
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始（mol/L） 1       1.5      0
轉(zhuǎn)化（mol/L） 0.5     1        0.5
平衡（mol/L） 0.5     0.5      0.5
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×0.5×0.5}$=4，
曲線上a、b是等溫，溫度高于c點(diǎn)的溫度，所以K₁═K₂＜K₃，故答案為：270；4；K₁═K₂＜K₃；
②化學(xué)平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相等，當(dāng)逆反應(yīng)速率小于正反應(yīng)速率時(shí)，說明反應(yīng)是正向進(jìn)行的，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0；
A．正反應(yīng)速率先增大后減小，說明反應(yīng)正向進(jìn)行，故A正確；              
B．混合氣體的密度增大，可以增加生成物使其密度增大，說明反應(yīng)逆向進(jìn)行，故B錯誤；
C．化學(xué)平衡常數(shù)K值增大，說明平衡正向進(jìn)行，故C正確；                
D．反應(yīng)物的體積百分含量增大，可能逆向進(jìn)行，也可能正向進(jìn)行，不能說明反應(yīng)正向進(jìn)行，故D錯誤；
故答案為：AC；
（3）①負(fù)極是一氧化碳發(fā)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳，電極反應(yīng)式為：CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂，故答案為：CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂；
②根據(jù)負(fù)極2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂，而正極反應(yīng)為O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-，所以在轉(zhuǎn)移4mol電子相同的情況下負(fù)極產(chǎn)生4mol的二氧化碳，而正極消耗2mol的二氧化碳，所以利用率為50%，故答案為：50%．

點(diǎn)評 本題目綜合考查蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的計(jì)算和應(yīng)用等方面的知識，側(cè)重于影響平衡移動及平衡常數(shù)的因素的考查，注意知識的歸納和整理是關(guān)鍵，題目難度中等．注意（3）燃料電池反應(yīng)的特點(diǎn)．