Question

13．炭的化合物有著相當廣泛的用途．請回答下列問題：
（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溶液為電解質設計成燃料電池，則負極的電極反應式為C_nH_2nO_n-4ne^-+nH₂O=nCO₂+4nH⁺
（3）工業(yè)上一般采用CO與H₂反應合成可再生能源甲醇，反應如下：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，充分反應達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol•L^-1，則CO的轉化率為80%．
②合成氣經壓縮升溫后進入10m³甲醇合成塔，在催化劑作用下，通過反應進行甲醇合成，T₁℃下此反應的平衡常數為160，
此溫度下，在密閉容器中加入一定量CO和H₂，反應到某時刻測得各組分的濃度如下：

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

比較此時正、逆反應速率的大小：v_正＞v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）；若其他條件不變，在T₂℃反應10min后達到平衡，c（H₂）=0.4mol•L^-1，則該時間內反應速率：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和二氧化碳．如圖是四種金屬氧化物被一氧化碳還原時lg[c（CO）/c（CO₂）]與溫度（t）的關系曲線圖．800℃時，其中最易被還原的金屬氧化物是Cu₂O（填化學式），該反應的平衡常數數值（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，負極上燃料失電子生成二氧化碳和水；
（3）①參加反應的n（CO）=2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，轉化率=$\frac{1.6mol}{2mol}×100%$；
②濃度商=$\frac{0.4}{0.1×0．{2}^{2}}$=100＜160，平衡正向移動；
根據表中數據知，反應初始氫氣濃度=0.2mol/L+0.4mol/L×2=1.0mol/L，
平衡時c（H₂）=0.4mol•L^-1，則參加反應的c（H₂）=1mol/L-0.4mol•L^-1=0.6mol/L，
則氫氣的反應速率=$\frac{0.6mol/L}{10min}$=0.06mol/（L．min），同一可逆反應中同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比，據此計算甲醇反應速率；
（4）相同溫度下，lg[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$]越小，說明化學平衡常數越大，還原反應越容易；
根據圖知，800℃時，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，負極上燃料失電子生成二氧化碳和水，電極反應式為C_nH_2nO_n-4ne^-+nH₂O=nCO₂+4nH⁺，
故答案為：C_nH_2nO_n-4ne^-+nH₂O=nCO₂+4nH⁺；
（3）①參加反應的n（CO）=2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，轉化率=$\frac{1.6mol}{2mol}×100%$=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，則v_正＞v_逆；
根據表中數據知，反應初始氫氣濃度=0.2mol/L+0.4mol/L×2=1.0mol/L，
平衡時c（H₂）=0.4mol•L^-1，則參加反應的c（H₂）=1mol/L-0.4mol•L^-1=0.6mol/L，
則氫氣的反應速率=$\frac{0.6mol/L}{10min}$=0.06mol/（L．min），同一可逆反應中同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比，所以甲醇反應速率為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，說明化學平衡常數越大，還原反應越容易，所以Cu₂O最容易被還原；
根據圖知，800℃時，lg[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$]=-6，則化學平衡常數K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=10⁶，
故答案為：Cu₂O；10⁶．

點評 本題考查化學平衡計算、蓋斯定律計算、原電池原理等知識點，側重考查計算能力及基本理論，這些知識點都是高頻考點，會根據三段式法進行有關計算，知道濃度商、化學平衡常數與反應方向的關系，題目難度不大．