Question

13．碳单质在工业上有多种用途．
（1）焦炭可用于制取水煤气．测得12g 碳与水蒸气完全反应生成水煤气时，吸收了131.6kJ热量．该反应的热化学方程式是C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6kJ•mol^-1．
（2）活性炭可处理大气污染物NO．在2L密闭容器中加入NO和活性炭（无杂质），生成气体E和F．当温度分别在T₁和T₂时，测得各物质平衡时物质的量如下表：

物质 T/℃n/mol	活性炭	NO	E	F
初始	2.030	0.100	0	0
T1	2.000	0.040	0.030	0.030
T2	2.005	0.050	0.025	0.025

①请结合上表数据，写出NO与活性炭反应的化学方程式C+2NO?N₂+CO₂．
②上述反应T₁℃时的平衡常数为K₁，T₂℃时的平衡常数为K₂．
Ⅰ．计算K₁=$\frac{9}{16}$．
Ⅱ．根据上述信息判断，温度T₁和T₂的关系是（填序号）ab．
a．T₁＞T₂         b．T₁＜T₂        c．无法比较
③在T₁温度下反应达到平衡后，下列措施不能改变NO的转化率的是ab．
a．增大c（NO）     b．增大压强      c．升高温度      d．移去部分F
（3）工业上可用焦炭冶炼金属．若0.5mol碳完全与赤铁矿（Fe₂O₃）反应，得到0.6mol铁，同时生成2种常见气体CO和CO₂，则该反应的化学方程式是5C+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CO₂↑+CO↑+6Fe．

Answer 1

分析 （1）12g碳的物质的量为1mol，与水蒸气完全反应生成CO、H₂，吸收131.6kJ热量，据此结合热化学方程式书写原则进行书写；
（2）、①由表中数据可知，C、NO、E、F的化学计量数之比为0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，生成为N₂与CO₂；
②Ⅰ、计算各气体的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；
Ⅱ、由表中数据可知，温度由T₁变为T₂，平衡向逆反应移动，由于正反应是吸热，还是放热不确定，不能判断温度变化；
③根据平衡移动原理分析解答，
a．增大c（NO），相当于增大压强，该反应前后气体的物质的量不变，平衡不移动；
b．该反应前后气体的物质的量不变，增大压强，平衡不移动；
c．反应移动存在热效应，升高温度，平衡一定移动；
d．移去部分生成物F，平衡向正反应移动；
（3）0.5mol碳完全与赤铁矿反应，得到0.6mol铁，同时生成2种常见气体，气体为CO₂、CO，令生成CO₂、CO的物质的量分别为xmol、ymol，根据C原子守恒有x+y=0.5，根据电子转移守恒有4x+2y=0.6×3，联立计算x、y的值，确定CO₂、CO的系数关系，配平书写方程式．

解答 解：（1）12g碳的物质的量为1mol，与水蒸气完全反应生成CO、H₂，吸收131.6kJ热量，该反应的热化学方程式为：
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ•mol^-1，
故答案为：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ•mol^-1；
（2）①由表中数据可知，C、NO、E、F的化学计量数之比为0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，生成为N₂与CO₂，且该反应为可逆反应，故反应方程式为：C+2NO?N₂+CO₂，
故答案为：C+2NO?N₂+CO₂；
②Ⅰ、平衡时c（NO）=$\frac{0.04mol}{2L}$=0.02mol/L，c（N₂）=c（CO₂）=$\frac{0.03mol}{2L}$=0.015mol/L，故T₁℃时该反应的平衡常数为K₁=$\frac{0.015×0.015}{0.0{2}^{2}}$=$\frac{9}{16}$，故答案为：$\frac{9}{16}$；
Ⅱ、由表中数据可知，温度由T₁变为T₂，平衡向逆反应移动，由于正反应是吸热，还是放热不确定，无法判断温度变化，故答案为：c；
③a．增大c（NO），相当于增大压强，该反应前后气体的物质的量不变，平衡不移动，NO的转化率不变，故a符合；
b．该反应前后气体的物质的量不变，增大压强，平衡不移动，NO的转化率不变，故b符合；
c．反应移动存在热效应，升高温度，平衡一定移动，NO转化率一定变化，故c不符合；
d．移去部分生成物F，平衡向正反应移动，NO的转化率增大，故d不符合；
故答案为：ab；
（3）0.5mol碳完全与赤铁矿反应，得到0.6mol铁，同时生成2种常见气体，气体为CO₂、CO，令生成CO₂、CO的物质的量分别为xmol、ymol，根据C原子守恒有x+y=0.5，根据电子转移守恒有4x+2y=0.6×3，联立解得x=0.4、y=0.1，CO₂、CO的系数为4：1，故该反应的方程式为：5C+3Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CO₂↑+CO↑+6Fe，
故答案为：5C+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CO₂↑+CO↑+6Fe．

点评 考查平衡常数及化学平衡的有关计算、平衡的移动等，难度中等，（3）中关键是确定二氧化碳与一氧化碳的化学计量数关系．