Question

研究CO₂的利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義．
（1）已知石墨的標準燃燒熱為y kJ?mol^-1，1.2g石墨在1.68L（標準狀況）氧氣中燃燒，至反應物耗盡，放出x kJ熱量．則石墨與氧氣反應生成CO的熱化學方程式為：

 

．
（2）高溫時，用CO還原MgSO₄可制備高純MgO．
①750℃時，測得氣體中含等物質的量SO₂和SO₃，此時反應的化學方程式是：

 

．
②由MgO可制成“鎂-次氯酸鹽”燃料電池，其裝置示意圖如圖1所示，該電池反應的離子方程式為：

 

．

（3）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉化為甲醇的熱化學方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
①取五份等體積CO₂和H₂的混合氣體（物質的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數φ（CH₃OH）與反應溫度T的關系曲線如圖2所示，則上述CO₂轉化為甲醇反應的△H

 

（填“＞”“＜”或“=”）0．
②在兩種不同條件下發(fā)生反應，測得CH₃OH的物質的量隨時間變化如圖3所示，曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為KⅠ

K_Ⅱ（填“＞”“＜”或“=”）．
③一定溫度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式投入反應物，一段時間后達到平衡．

容  器	甲	乙
反應物投入量	1molCO2 3molH2	a molCO2、b molH2、 c molCH3OH（g）、c molH2O（g）

若甲中平衡后氣體的壓強為開始時的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，且起始時維持反應逆向進行，則c的取值范圍為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,化學方程式的書寫

專題：

分析：（1）1.2g石墨的物質的量為n（C）=

1.2g

12g/mol

=0.1mol，1.68L氧氣的物質的量為n（O₂）=

1.68L

22.4L/mol

=0.07mol，生成物為CO和CO₂的混合物，設生成CO的物質的量為nmol，由C元素守恒得CO₂的物質的量為（0.1-n）mol，根據關系式nC～n

1

2

O₂～nCO，（0.1-n）O₂～（0.1-n）CO₂，則

1

2

n+（0.1-n）=0.075，n=0.05，所以反應后生成0.05molCO，0.05molCO₂，根據反應放出的總熱量x kJ和1mol石墨完全燃燒放出y kJ（y＞0）的熱量，可計算出生成0.05molCO放出的熱量，進而求出反應的熱化學方程式；
（2）①根據題目信息寫出生成物，根據質量守恒配平；
②由圖可知鎂-次氯酸鹽”燃料電池中Mg與ClO^-、H₂O反應生成Cl^-與Mg（OH）₂；
（3）①根據到達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行；
②根據先拐先平數值大原則，由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時，溫度越高CO的轉化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，據此判斷反應熱，K₁與K₂關系；
③根據平衡三部曲求出甲中平衡時各氣體的物質的量，然后根據平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，且起始時維持反應逆向進行來判斷范圍．

解答： 解：（1）1.2g石墨的物質的量為n（C）=

1.2g

12g/mol

=0.1mol，1.68L氧氣的物質的量為n（O₂）=

1.68L

22.4L/mol

=0.07mol，生成物為CO和CO₂的混合物，設生成CO的物質的量為nmol，由C元素守恒得CO₂的物質的量為（0.1-n）mol，根據關系式nC～n

1

2

O₂～nCO，（0.1-n）O₂～（0.1-n）CO₂，則

1

2

n+（0.1-n）=0.075，n=0.05，所以反應后生成0.05molCO，0.05molCO₂，1mol石墨完全燃燒放出ykJ（y＞0）的熱量，所以生成0.05molCO₂放出的熱量為0.05yKJ，1.2g石墨在1.68L（標準狀況）氧氣中燃燒，至反應物耗盡，放出x kJ熱量．則生成0.05molCO放出的熱量為（x-0.05y）kJ，所以生成1molCO放出的熱量為

x-0.05y

0.05

kJ，即（20x-y）kJ，所以熱化學方程式為：C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H=-（20x-y）kJ?mol^-1，故答案為：C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H=-（20x-y）kJ?mol^-1；
（2）①用CO還原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，方程式為CO+2MgSO₄

△   .

2MgO+CO₂+SO₂+SO₃，故答案為：CO+2MgSO₄

△   .

2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
②由圖可知鎂-次氯酸鹽”燃料電池中Mg與ClO^-、H₂O反應生成Cl^-與Mg（OH）₂，該電池反應的總反應方程式為Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂，故答案為：Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂；
（3）①由圖可知最高點反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，即△H＜0．故答案為：＜；
②由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時，溫度越高CO的轉化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，故該反應正反應為放熱反應，則△H＜0，升高溫度，平衡向逆反應移動，所以K₁＞K₂，
故答案為：＞；
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為開始時的0.8倍，即（4-2x）/4=0.8 
   解得x=0.4mol
依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時維持反應逆向進行，所以全部由生成物投料，c的物質的量為1mol，c 的物質的量不能低于平衡時的物質的量0.4mol，所以c的物質的量為：0.4＜n（c）≤1，故答案為：0.4＜n（c）≤1．

點評：本題考查涉及知識點較多，涉及平衡常數的計算、平衡狀態(tài)的判斷以及外界條件對平衡移動的影響等問題，題目難度中等，本題注意把握計算方法以及平衡常數的運用．