Question

【題目】研究 CO2的利用對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要意義。

（1）一定條件下，在 CO2 與足量碳反應(yīng)所得平衡體系中加入 H2 和適當催化劑，有下列反應(yīng)發(fā)生：CO(g)＋3H2(g) CH4(g)＋H2O(g) H1＝－206.2kJ/mol ；CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)H2若 CO2 和 H2 反應(yīng)生成 0.1mol CH4(g)和一定量的 H2O(g)， 整個過程中放出的熱量為 16.5kJ， 則△H2＝__________。

（2）為研究 CO2 與 CO 之間的轉(zhuǎn)化。讓一定量的 CO2 與足量碳在體積可變的密閉容器中反應(yīng)：C(s)＋CO2(g)2CO(g) H。 測得壓強、溫度對 CO 的體積分數(shù)(φ(CO)％)的影響如圖所示：

回答下列問題：

① p1、p2、p3 的大小關(guān)系是__________，圖中 a、b、c 三點對應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系是__________（用 Ka、Kb、Kc 表示）。

② 900 ℃、1.013 MPa 時，1 mol CO2 與足量碳反應(yīng)達平衡后容器的體積為VL，CO2 的轉(zhuǎn)化率為__________，（保留一位小數(shù)）該反應(yīng)的平衡常數(shù) K＝__________。

③將②中平衡體系溫度降至 640 ℃，壓強降至 0.1013 MPa，重新達到平衡后 CO2 的體積分數(shù)為 50%。條件改變時，正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率如何變化？__________，二者之間有何關(guān)系？__________。

（3）CO2 可用于工業(yè)制備草酸鋅，其原理如下圖所示（電解液不參加反應(yīng)），Zn 電極是__________極。已知在 Pb 電極區(qū)得到 ZnC2O4，則 Pb 電極上的電極反應(yīng)式為__________。

Answer 1

【答案】-41.2 kJ/mol p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7% mol/L 正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率均減小 v(正)＜v(逆) 陽 2CO2+2e-=C2O42－

【解析】

（1）一定條件下，在CO2與足量碳反應(yīng)所得平衡體系中加入H2和適當催化劑，有下列反應(yīng)發(fā)生：① CO（g）+3H2（g）CH4（g）+H2O（g）△H1=-206.2 kJ/mol；②CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H2；若H2還原CO2生成0.1molCH4（g）和一定量的H2O（g），整個過程中放出的熱量為16.5kJ，則H2還原CO2生成1molCH4（g）和一定量的H2O（g），放出熱量為165kJ，該反應(yīng)的熱化學方程式為：③CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（g）△H3=-165kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，①-③可得②，據(jù)此計算△H2；

（2）①反應(yīng)C（s）+CO2（g）2CO（g）是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，隨著反應(yīng)進行，體系壓強增大；化學平衡常數(shù)只隨溫度的改變而改變；

②900℃、1.013MPa時，平衡時CO的體積分數(shù)為80%，計算CO2轉(zhuǎn)化的量，轉(zhuǎn)化率就是轉(zhuǎn)化的量與起始量比值的百分數(shù)，將各組分的平衡濃度代入平衡常數(shù)表達式計算化學平衡常數(shù)；

③根據(jù)改變條件前后CO2的體積分數(shù)的變化判斷，根據(jù)反應(yīng)商判斷化學反應(yīng)的方向；

（3）Zn在陽極上失電子生成鋅離子，Pb電極上CO2得電子生成C2O42-。

(1)一定條件下,在CO2與足量碳反應(yīng)所得平衡體系中加入H2和適當催化劑，有下列反應(yīng)發(fā)生：①CO（g）+3H2（g）CH4（g）+H2O（g）△H1=-206.2 kJ/mol；②CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H2；若H2還原CO2生成0.1molCH4（g）和一定量的H2O（g），整個過程中放出的熱量為16.5kJ，則H2還原CO2生成1molCH4（g）和一定量的H2O（g），放出熱量為165kJ，該反應(yīng)的熱化學方程式為：③CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（g）△H3=-165kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，①-③可得②：②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H2=(206.2 kJ/mol)(165kJ/mol)=41.2kJ/mol；

故答案為：41.2kJ/mol；

(2)①反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，隨著反應(yīng)進行，體系壓強增大，減小壓強有助于化學平衡正向移動，表明低壓強對應(yīng)著高的CO體積分數(shù)，則p1、p2、p3的大小關(guān)系是：p1<p2<p3；化學平衡常數(shù)只隨溫度的改變而改變，升高溫度，正反應(yīng)趨勢增大，化學平衡常數(shù)增大，則a、b、c三點對應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系是：Ka=Kb<Kc；

故答案為：p1<p2<p3；Ka=Kb<Kc；

②900℃、1.013MPa時，設(shè)反應(yīng)轉(zhuǎn)化的CO2的物質(zhì)的量為xmol，則平衡時n(CO)=2x，n(CO2)=1x，平衡時CO的體積分數(shù)為80%，則×100%=80%，解得：x=2/3，則CO2的轉(zhuǎn)化率為：2/3mol/1mol×100%=66.7%；平衡時，c(CO)= =，c(CO2)= =，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= =mol/L；

故答案為：66.7%；mol/L；

③反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)是吸熱反應(yīng)，氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，降低壓強，升高溫度均有利于反應(yīng)正向進行，將(2)中平衡體系溫度降至640℃，壓強降至0.1013 MPa，降低溫度減小壓強，均使正逆反應(yīng)速率減��；重新達到平衡后CO2的體積分數(shù)為50%，設(shè)反應(yīng)轉(zhuǎn)化的CO2的物質(zhì)的量為ymol，則平衡時n(CO2)=1y，n(CO)=2y，則：=50%，可得y=，可見重新達到平衡時，體系中CO含量降低，CO2含量升高，化學平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以v(逆)>v(正)；

故答案為：正逆反應(yīng)速率均減�。�>；

(3)利用電化學還原CO2制取ZnC2O4，則Zn失電子，所以Zn在陽極上失電子生成鋅離子，即鋅與正極相連為陽極；Pb電極上CO2得電子生成C2O42，則其電極反應(yīng)為：2CO2+2e=C2O42-；

故答案為：陽;；2CO2+2e-=C2O42－。