题目内容
【题目】CO是重要的燃料和工业原料。目前,对CO的综合利用是科学家研究的热点。回答下列问题:
Ⅰ.工业制备CO的方法之一是甲烷氧化法。
已知:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-802 kJ/mol
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484 kJ/mol
③2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-330 kJ/mol
(1)反应2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g),△H=_________kJ/mol。
Ⅱ.CO也是制备AlCl3的副产品
制备AlCl3的原理为:2Al2O3(s)+6Cl2(g) 4AlCl3(g)+3O2(g) △H1
(2)已知该反应在较低温度下不能自发进行,则△H1_____0(填“>”“<”或“=”)
(3)制备AlCl3的实际生产过程中,常加入足量的碳粉,同时生成CO(g)。T1℃时,向恒容的密闭容器中加入5molAl2O3(s)、14molC(s)和6.4molCl2(g)发生反应。Cl2(g)的浓度变化如图(a)所示;图b为20min后改变容器中条件,平衡体系的反应速率()随时间(t)的变化关系,且四个阶段都各改变一种不同条件(该条件下制得的AlCl3为固态)。
①容器中发生反应的化学方程式为______________________________。
②0~15min内,用CO表示的该反应平均速率=__________mol/(Lmin)
③T1℃时,该反应的平衡常数K=______________(不需带单位)。
④40min时的平衡常数[K(40)]与15min时的平衡常数[K(15)]的大小关系:K(40)____K(15)(填“>”“<”或“=”)
⑤45min时,改变的条件为___________。
【答案】 -306 > Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO 0.02 3375 = 降低温度
【解析】I.(1)①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJmol-1,②2H2(g)+O2(g)═2H2O(g) △H=-484kJmol-1,③2CO(g)+O2(g)=2CO2(g),△H=-330kJmol-1,根据盖斯定律计算①×2-(②×2+③)得到2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g) △H1=-802kJ/mol×2-(-484kJ/mol×2-330kJ/mol) =-306kJ/mol,故答案为:-306kJ/mol;
Ⅱ.(2)制备A1C13的原理为2A12O3(s)+6C12(g)4A1C13(g)+3O2(g) △H2,已知该反应在较低温度下不能自发进行,△H-T△S>0,△S>0,满足△H-T△S>0,△H>0,故答案为:>;
(3)①制备A1C13的原理为2A12O3(s)+6C12(g)4A1C13(g)+3O2(g),制备A1Cl3的实际生产过程中,常加入足量的碳粉,同时生成CO(g),结合原子守恒书写化学方程式为:A12O3+3C+3C122A1C13+3CO,故答案为:A12O3+3C+3C122A1C13+3CO;
②0~15min内氯气反应的物质的量浓度=0.32mol/L-0.02mol/L=0.3mol/L,生成CO物质的量浓度为0.3mol/L,一氧化碳反应速率v(CO)= =
=0.02mol/(Lmin),故答案为:0.02;
③图2可知20min、25min时的改变条件分别为加入催化剂、增大压强,平衡均未移动,推知该条件下AlCl3为固体或液体,平衡时c(CO)=0.3mol/L,c(Cl2)=0.02mol/L,K= =
=3375,故答案为:3375;
④根据图2可知40min前未改变温度,平衡常数只随温度变化,则K(40)=K(15),故答案为:=;
⑤根据图2可知20min、25min时的改变条件分别为加入催化剂、增大压强,平衡均未移动,四个阶段都各改变一种不同的条件,结合图像变化和③分析得到45min时正逆反应速率都减小,说明改变的是降低温度,故答案为:降低温度。
