题目内容
【题目】碳是自然界中形成化合物种类最多的元素,CO和CO2是碳的最常见氧化物。
(1)研究和解决二氧化碳捕集和转化问题是当前科学研究的前沿领域。在太阳能的作用下,缺铁氧化物[Fe0.9O]能分解CO2,其过程如图1所示。过程①的化学方程式是______。在过程②中每产生0.1molO2,转移电子______mol。
(2)在催化剂作用下,将二氧化碳和氢气混合反应生成甲烷,是目前科学家们正在探索的处理空气中的二氧化碳的方法之一。
①已知:
共价键 | C=O | H—H | C—H | O—H |
键能/(kJmol-1) | 745 | 436 | 413 | 463 |
则CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H=______kJmol-1。
②向1L固定容积的密闭容器中加入4.0 mol H2(g)、1.0mol CO2,控制条件(催化剂:铑—镁合金、高温T1)使之反应,若测得容器内气体的压强随着时间的变化如图2所示。则4 min时容器内气体的密度为______;温度T1 下,该反应的化学平衡常为______。若采用2 L固定容积的密闭容器,投料量、催化剂和反应温度均保持不变,则反应重新达到平衡时对应体系内的压强的点是______(填字母)。
(3)工业合成原料气CO会与设备、管道及催化剂表面的金属铁、镍反应,生成羰基化合物。四羰基镍是热分解法制备高纯镍的原料,也是有机合成中供给一氧化碳的原料,还可做催化剂。Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g) △H<0 Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)。如图3所示,在石英真空管的温度为T1一端,放入少量粗镍和CO(g),一段时间后,在温度为T2的一端可得到纯净的镍。则温度T1______T2(填“>”“<”或“=”),上述反应体系中循环使用的物质为______(填化学式)。
【答案】 10Fe0.9O+CO23Fe3O4+C 0.4 -270 52g·L-1 6.75(mol·L-1)-2 D < CO
【解析】分析:(1)根据反应物和生成物书写化学方程式;根据氧元素的化合价变化计算;
(2)①根据ΔH=反应物的化学键断裂吸收的能量-生成物的化学键形成释放的能量计算;
②密度是混合气体的质量和容器容积的比值。根据4min时的压强之比计算气体的物质的量之比,进而计算平衡常数;结合反应特点和外界条件对平衡状态的影响分析;
(3)根据温度对平衡状态的影响以及参加反应的物质分析。
详解:(1)过程①中反应物是二氧化碳和Fe0.9O,生成物是碳和四氧化三铁,则反应的化学方程式是10Fe0.9O+CO23Fe3O4+C;在过程②中氧元素化合价从-2价升高到0价,失去2个电子,则每产生0.1molO2,转移电子0.4mol。
(2)①根据表中数据可知反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H=(2×745+4×436-4×413-2×2×463)kJmol-1=-270kJmol-1
②反应前后均是气体,根据质量守恒定律可知4 min时容器内气体的密度为;4min时压强不再发生变化,反应达到平衡状态,则
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
起始量(mol) 1 4 0 0
转化量(mol) x 4x x 2x
平衡量(mol) 1-x 4-4x x 2x
压强之比是物质的量之比,则,解得x=0.75。容器的容积是1L,则温度T1下,该反应的化学平衡常为。若采用2 L固定容积的密闭容器,投料量、催化剂和反应温度均保持不变,则相当于是在原平衡的基础上减小压强,平衡向逆反应方向进行,且反应速率减小,到达平衡的时间增加,则反应重新达到平衡时对应体系内的压强的点是D点。
(3)在石英真空管的温度为T1一端,放入少量粗镍和CO(g),一段时间后,在温度为T2的一端可得到纯净的镍。由于生成镍的反应是吸热反应,升高温度有利于生成Ni,则温度T1<T2;由于CO在左端是反应物,而在右端生成镍的同时又产生CO,因此上述反应体系中循环使用的物质为CO。
【题目】一定温度下,在三个体积均为2.0L的恒容密闭容器中分别加入一定量的X,发生反应:pX(g) Y(g)+Z(g),相关数据如下表所示:
容器编号 | 温度(℃) | 起始物质的量(mol) | 平衡物质的量(mol) | |
X(g) | Y(g) | Z(g) | ||
Ⅰ | 387 | 0.20 | 0.080 | 0.080 |
Ⅱ | 387 | 0.40 | 0.160 | 0.160 |
Ⅲ | T | 0.20 | 0.090 | 0.090 |
回答下列问题:
(1)若容器Ⅰ中反应经10min达到平衡,则前10min内Y的平均反应速率v(Y)=___________。容器Ⅰ和容器Ⅱ中起始时X的反应速率v(X)Ⅰ___________v(X)Ⅱ(填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)已知该正反应为放热反应,则T___________387(填“大于”或“小于”),判断理由是___________。
(3)反应方程式中X的化学计量数p的取值为___________,容器Ⅱ中X的平衡转化率为___________。若起始时向容器Ⅰ中充入0.1molX、0.15molY和0.10molZ,则反应将向___________ (填“正”或“逆”)反应方向进行,判断理由是_____________________________________________________。