Question

3．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，該反應(yīng)中每放出38kJ熱量，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol．
（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＜0
①向一容積為2L的恒容密閉容器中充入一定量的CO₂和H₂，在300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為CO₂0.2mol/L，H₂0.8mol/L，CH₄0.8mol/L，H₂O1.6mol/L，起始充CO₂和H₂的物質(zhì)的量分別為2 mol、8mol，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為80%．
②現(xiàn)有兩個(gè)相同的恒容絕熱（與外界沒(méi)有熱量交換）密閉容器I、II，在I中充入1molCO₂和4molH₂，在II中充入1mol CH₄和2mol H₂O（g），300℃下開(kāi)始反應(yīng)．達(dá)到平衡時(shí)，下列說(shuō)法正確的是CD．
A．容器I、II中正反應(yīng)速率相同
B．容器I、II中CH₄的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同
C．容器I中CO₂的物質(zhì)的量比容器II中的多
D．容器I中CO₂的轉(zhuǎn)化率與容器II中CH₄的轉(zhuǎn)化率之和小于1．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算，對(duì)應(yīng)化學(xué)方程式中元素化合價(jià)變化計(jì)算電子轉(zhuǎn)移，反應(yīng)焓變是完全反應(yīng)放出的熱量；
（2）①依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算；
②A．容器Ⅰ中從正反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)平衡，容器Ⅱ中從逆反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)，平衡建立的途徑不相同；
B．容器Ⅱ中相當(dāng)于在容器Ⅰ中平衡的基礎(chǔ)上再加入1mol CO和1mol H₂O，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故容器Ⅱ中到達(dá)平衡時(shí)溫度更高，該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小，CH₄的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不相同；
C．容器Ⅱ中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器Ⅰ中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)；
D．溫度相同時(shí)，容器I中CO₂的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中CH₄的轉(zhuǎn)化率之和等于1，容器Ⅱ中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器Ⅰ中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)．

解答 解：（1）6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0KJ/moL，依據(jù)元素化合價(jià)變化分析轉(zhuǎn)移電子4mol放出76KJ，所以該反應(yīng)中每放出38kJ熱量，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol，
故答案為：2；
（2）①向一容積為2L的恒容密閉容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為CO₂ 0.2mol•L^-1，H₂ 0.8mol•L^-1，CH₄ 0.8mol•L^-1，H₂O 1.6mol•L^-1 ，起始充CO₂和H₂的物質(zhì)的量分別為x、y；
CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量 x       y            0               0
變化量 1.6  6.4           1.6             3.2
平衡量 0.4  1.6           1.6              3.2
x=1.6mol+0.4mol=2mol，y=6.4mol+1.6mol=8mol；
CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率=$\frac{1.6mol}{2mol}$×100%=80%；
故答案為：2 mol；8 mol；80%；
②A．容器Ⅰ中從正反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)平衡，容器Ⅱ中從逆反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)，平衡建立的途徑不相同，無(wú)法比較反應(yīng)速率，故A錯(cuò)誤
B．容器Ⅱ中相當(dāng)于在容器Ⅰ中平衡的基礎(chǔ)上再加入1mol CO和1mol H₂O，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故容器Ⅱ中到達(dá)平衡時(shí)溫度更高，該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小，CH₄的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不相同，故B錯(cuò)誤；
C．容器Ⅱ中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器Ⅰ中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，故容器Ⅰ中CO₂的物質(zhì)的量比容器Ⅱ中的多，故C正確；
D．溫度相同時(shí)，容器I中CO₂的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中CH₄的轉(zhuǎn)化率之和等于1，容器Ⅱ中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器Ⅰ中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CH₄的轉(zhuǎn)化率比兩容器相同溫度時(shí)容器Ⅱ中CH₄的轉(zhuǎn)化率低，故容器Ⅰ中CO₂ 的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中CH₄的轉(zhuǎn)化率之和小于1，故D正確；
故選CD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)，影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡的建立等，難度較大，構(gòu)建平衡建立的途徑進(jìn)行比較是關(guān)鍵．