Question

13．炭的化合物有著相當(dāng)廣泛的用途．請(qǐng)回答下列問題：
（1）在高溫下一氧化碳可將二氧化硫還原為單質(zhì)硫．已知；
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₁=-393.5kJ•mol^-1
CO₂（g）+C（s）=2CO（g）；△H₂=+172.5kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H₃=-296.0kJ•mol^-1
則2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ•mol^-1
（2）以 C_nH_2nO_n、O₂為原料，H₂SO₄溶液為電解質(zhì)設(shè)計(jì)成燃料電池，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為C_nH_2nO_n-4ne^-+nH₂O=nCO₂+4nH⁺
（3）工業(yè)上一般采用CO與H₂反應(yīng)合成可再生能源甲醇，反應(yīng)如下：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
①某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得c（CO）=0.2mol•L^-1，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%．
②合成氣經(jīng)壓縮升溫后進(jìn)入10m³甲醇合成塔，在催化劑作用下，通過反應(yīng)進(jìn)行甲醇合成，T₁℃下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160，
此溫度下，在密閉容器中加入一定量CO和H₂，反應(yīng)到某時(shí)刻測得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	H2	CO	CH3OH
濃度/（mol•L-1）	0.2	0.1	0.4

比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。簐_正＞v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）；若其他條件不變，在T₂℃反應(yīng)10min后達(dá)到平衡，c（H₂）=0.4mol•L^-1，則該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率：v（CH₃OH）=0.03mol/（L．min）；
（4）金屬氧化物被一氧化碳還原生成金屬單質(zhì)和二氧化碳．如圖是四種金屬氧化物被一氧化碳還原時(shí)lg[c（CO）/c（CO₂）]與溫度（t）的關(guān)系曲線圖．800℃時(shí)，其中最易被還原的金屬氧化物是Cu₂O（填化學(xué)式），該反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值（K）等于10⁶．

Answer 1

分析 （1）①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₁=-393.5kJ•mol^-1
②CO₂（g）+C（s）=2CO（g）；△H₂=+172.5kJ•mol^-1
③S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H₃=-296.0kJ•mol^-1
將方程式①-②-③得2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=△H₁-△H₂-△H₃；
（2）酸性燃料電池中，負(fù)極上燃料失電子生成二氧化碳和水；
（3）①參加反應(yīng)的n（CO）=2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，轉(zhuǎn)化率=$\frac{1.6mol}{2mol}×100%$；
②濃度商=$\frac{0.4}{0.1×0．{2}^{2}}$=100＜160，平衡正向移動(dòng)；
根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，反應(yīng)初始?xì)錃鉂舛?0.2mol/L+0.4mol/L×2=1.0mol/L，
平衡時(shí)c（H₂）=0.4mol•L^-1，則參加反應(yīng)的c（H₂）=1mol/L-0.4mol•L^-1=0.6mol/L，
則氫氣的反應(yīng)速率=$\frac{0.6mol/L}{10min}$=0.06mol/（L．min），同一可逆反應(yīng)中同一時(shí)間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比，據(jù)此計(jì)算甲醇反應(yīng)速率；
（4）相同溫度下，lg[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$]越小，說明化學(xué)平衡常數(shù)越大，還原反應(yīng)越容易；
根據(jù)圖知，800℃時(shí)，lg[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$]=-6，則$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=10⁶．

解答 解：（1）①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₁=-393.5kJ•mol^-1
②CO₂（g）+C（s）=2CO（g）；△H₂=+172.5kJ•mol^-1
③S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H₃=-296.0kJ•mol^-1
將方程式①-②-③得2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=△H₁-△H₂-△H₃=-393.5 kJ•mol^-1-（+172.5kJ•mol^-1-296.0kJ•mol^-1）=-270kJ•mol^-1 ，
故答案為：-270kJ•mol^-1 ；
（2）酸性燃料電池中，負(fù)極上燃料失電子生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為C_nH_2nO_n-4ne^-+nH₂O=nCO₂+4nH⁺，
故答案為：C_nH_2nO_n-4ne^-+nH₂O=nCO₂+4nH⁺；
（3）①參加反應(yīng)的n（CO）=2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，轉(zhuǎn)化率=$\frac{1.6mol}{2mol}×100%$=80%，故答案為：80%；
②濃度商=$\frac{0.4}{0.1×0．{2}^{2}}$=100＜160，平衡正向移動(dòng)，則v_正＞v_逆；
根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，反應(yīng)初始?xì)錃鉂舛?0.2mol/L+0.4mol/L×2=1.0mol/L，
平衡時(shí)c（H₂）=0.4mol•L^-1，則參加反應(yīng)的c（H₂）=1mol/L-0.4mol•L^-1=0.6mol/L，
則氫氣的反應(yīng)速率=$\frac{0.6mol/L}{10min}$=0.06mol/（L．min），同一可逆反應(yīng)中同一時(shí)間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比，所以甲醇反應(yīng)速率為0.03mol/（L．min），
故答案為：＞；0.03mol/（L．min）；
（4）相同溫度下，lg[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$]越小，說明化學(xué)平衡常數(shù)越大，還原反應(yīng)越容易，所以Cu₂O最容易被還原；
根據(jù)圖知，800℃時(shí)，lg[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$]=-6，則化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=10⁶，
故答案為：Cu₂O；10⁶．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、蓋斯定律計(jì)算、原電池原理等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查計(jì)算能力及基本理論，這些知識(shí)點(diǎn)都是高頻考點(diǎn)，會(huì)根據(jù)三段式法進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，知道濃度商、化學(xué)平衡常數(shù)與反應(yīng)方向的關(guān)系，題目難度不大．