Question

11．碳的氧化物會對環(huán)境造成影響，但同時碳的單質(zhì)、化合物又是重要的化工原料，是化學(xué)學(xué)科的重要研究對象．
（1）工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H₁=-128.5kJ•mol^-1
已知：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1；
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H₃=-285.8kJ•mol^-1；
則用熱化學(xué)方程式表示甲醇的燃燒熱應(yīng)為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.1 kJ•mol^-1．
（2）科學(xué)家用X射線激光技術(shù)觀察到了CO與O在催化劑表面形成化學(xué)鍵的過程．反應(yīng)過程的示意圖如圖1：

①CO和O生成CO₂是放熱反應(yīng)；反應(yīng)過程中，在催化劑作用下O與CO中的C逐漸靠近，最終形成的化學(xué)鍵類型屬于極性鍵（或共價鍵）．
②結(jié)合已有知識和該反應(yīng)過程，我們該如何理解，化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)中的“分子破裂成為原子”這一觀點？參加反應(yīng)的分子中，可能是部分分子破裂成為原子．
（3）一定量的CO₂與足量的C在體積可變的恒壓密閉容器中反應(yīng)：：C（s）+CO₂（g）?2CO（g）．平衡時，體系中氣體體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖2所示：
①550℃時的V_逆小于（填“大于”、“小于”或“等于”）925℃時的V_逆，T℃時，若向平衡體系內(nèi)充入惰性氣體，化學(xué)平衡將正向移動（填“正向移動”、“逆向移動”或“不移動”）．某同學(xué)是如何從圖中數(shù)據(jù)，分析出該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)的？溫度越高時，產(chǎn)物CO的體積分?jǐn)?shù)越大．
②650℃時，反應(yīng)達平衡后CO₂的轉(zhuǎn)化率為25%．
③若反應(yīng)時的壓強為akPa，已知氣體分壓（P_分）=氣體總壓（P_總）×體積分?jǐn)?shù)，800時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)K_p=12.4akPa．

Answer 1

分析 （1）燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量；根據(jù)蓋斯定律和題中熱化學(xué)方程式寫出甲醇完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；（2）①由圖可知反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，為放熱反應(yīng)；不同非金屬元素之間形成的化學(xué)鍵為極性共價鍵；
②化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)為原子的重新組合，結(jié)合圖象分析；
（3）①圖象分析可知：925℃時的CO的體積分?jǐn)?shù)高，反應(yīng)速率快，T℃時，反應(yīng)達平衡后CO和CO₂的體積分?jǐn)?shù)都為50%即為平衡狀態(tài)，升溫一氧化碳濃度增大，二氧化碳濃度減小，平衡正向進行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
②由圖可知，650℃時，反應(yīng)達平衡后CO的體積分?jǐn)?shù)為40%，設(shè)開始加入的二氧化碳為1mol，根據(jù)三段式進行計算；
③用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)K_p=$\frac{{P}^{2}（CO）}{P（C{O}_{2}）}$，據(jù)此計算．

解答 解：（1）根據(jù)反應(yīng)①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H₁=-128.5kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1；
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H₃=-285.8kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律：-①+②+③×2得：
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.1kJ•mol^-1，
故答案是：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.1 kJ•mol^-1；
（2）①由圖可知反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，為放熱反應(yīng)，CO與O在催化劑表面形成CO₂，CO₂含有極性共價鍵，
故答案為：放；極性鍵（或共價鍵）；
②CO與O在催化劑表面形成CO₂，所以狀態(tài)Ⅰ→狀態(tài)Ⅲ表示CO與O反應(yīng)的過程，說明參加反應(yīng)的分子中，可能是部分分子破裂成為原子，
故答案為：參加反應(yīng)的分子中，可能是部分分子破裂成為原子；
（3）①圖象分析可知：550℃時CO的體積分?jǐn)?shù)為10.7%，925℃時的CO的體積分?jǐn)?shù)96%，顯然，925℃時CO的濃度大，反應(yīng)速率快，所以550℃時的V_逆小于925℃時的V_逆，
T℃時，反應(yīng)達平衡后CO和CO₂的體積分?jǐn)?shù)都為50%即為平衡狀態(tài)，此點后，化學(xué)反應(yīng)隨升高溫度一氧化碳濃度增大，二氧化碳濃度減小，平衡正向進行，升溫平衡向吸熱反應(yīng)反應(yīng)進行，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
故答案為：小于；向正反應(yīng)方向；溫度越高時，產(chǎn)物CO的體積分?jǐn)?shù)越大；
②由圖可知，650℃時，反應(yīng)達平衡后CO的體積分?jǐn)?shù)為40%，設(shè)開始加入的二氧化碳為1mol，轉(zhuǎn)化了xmol，
則有C（s）+CO₂（g）?2CO（g）
開始       1         0
轉(zhuǎn)化       x         2x
平衡；     1-x       2x
所以$\frac{2x}{1-x+2x}$×100%=40%，解得x=0.25mol，則CO₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.25}{1}$×100%=25%，
故答案為：25.0%；
③800℃時，CO的體積分?jǐn)?shù)為93%，則CO₂的體積分?jǐn)?shù)為7%，所以用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)K_p=$\frac{{P}^{2}（CO）}{P（C{O}_{2}）}$=$\frac{（0.93KP）^{2}}{0.07kp}$≈12.4akPa，
故答案為：12.4akPa．

點評 本題考查了化學(xué)平衡圖象、閱讀題目獲取信息的能力等，難度中等，需要學(xué)生具備運用信息與基礎(chǔ)知識分析問題、解決問題的能力．