Question

5．資源化利用二氧化碳不僅可減少溫室氣體的排放，還可重新獲得燃料或重要工業(yè)產(chǎn)品．
（1）有科學(xué)家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：
6FeO（s）+CO₂（g）=2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^-1
①上述反應(yīng)中每生成1mol Fe₃O₄，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol．
②已知：C（s）+2H₂O（g）=CO₂ （g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^-1，則反應(yīng)：
3FeO（s）+H₂O （g）=Fe₃O₄ （s）+H₂ （g）的△H=+18.7kJ•mol^-1．
（2）在一定條件下，二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)如下：CO₂（g）+4H₂ （g）?CH₄ （g）+2H₂O（g）
△H=Q kJ•mol^-1，向一容積為 2L的恒容密閉容器中充人2molCO₂和8mol H₂，在 300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得CH₄的濃度為0.8mol•L^-1，則300℃時(shí)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=25． 200℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64.8，則該反應(yīng)的Q＜ （填“＞”或“＜”）0．

Answer 1

分析 （1）①反應(yīng)中Fe元素化合價(jià)升高，C元素化合價(jià)降低，計(jì)算生成C的物質(zhì)的量，結(jié)合C元素化合價(jià)變價(jià)計(jì)算轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量；
②已知：Ⅰ.6FeO（s）+CO₂（g）=2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^-1
Ⅱ．C（s）+2H₂O（g）=CO₂ （g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，（Ⅰ+Ⅱ）×$\frac{1}{2}$可得：3FeO（s）+H₂O （g）=Fe₃O₄ （s）+H₂ （g），焓變也進(jìn)行需要計(jì)算；
（2）向一容積為 2L的恒容密閉容器中充人2molCO₂和8mol H₂，在 300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得CH₄的濃度為0.8mol•L^-1，則：
              CO₂（g）+4H₂ （g）?CH₄ （g）+2H₂O（g）
起始量（mol/L）：1      4         0         0
變化量（mol/L）：0.8    3.2       0.8       1.6
平衡量（mol/L）：0.2    0.8       0.8       1.6
代入K=$\frac{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{4}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)，再根據(jù)平衡常數(shù)相對(duì)大小判斷溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響．

解答 解：（1）①由方程式可知，每生成1mol Fe₃O₄時(shí)生成0.5molC，C元素化合價(jià)由+4價(jià)降低為0價(jià)，故轉(zhuǎn)移電子為0.5mol×4=2mol，故答案為：2；
②已知：Ⅰ.6FeO（s）+CO₂（g）=2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^-1
Ⅱ．C（s）+2H₂O（g）=CO₂ （g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，（Ⅰ+Ⅱ）×$\frac{1}{2}$可得：3FeO（s）+H₂O （g）=Fe₃O₄ （s）+H₂ （g），則△H=$\frac{1}{2}$×（-76.0kJ•mol^-1+113.4kJ•mol^-1）=+18.7kJ•mol^-1，
故答案為：+18.7kJ•mol^-1；
（2）向一容積為 2L的恒容密閉容器中充人2molCO₂和8mol H₂，在 300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得CH₄的濃度為0.8mol•L^-1，則：
               CO₂（g）+4H₂ （g）?CH₄ （g）+2H₂O（g）
起始量（mol/L）：1       4         0         0
變化量（mol/L）：0.8     3.2       0.8       1.6
平衡量（mol/L）：0.2     0.8       0.8       1.6
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{4}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8×1．{6}^{2}}{0.2×0．{8}^{4}}$=25，200℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64.8，大于300℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)25，說明降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即Q＜0，
故答案為：25；＜．

點(diǎn)評(píng) 本題考查平衡常數(shù)計(jì)算及影響因素、反應(yīng)熱計(jì)算、氧化還原反應(yīng)計(jì)算，注意對(duì)蓋斯定律的理解掌握，難度中等．