Question

【题目】碳在冶金工业上具有重要用途。已知氧与碳的反应主要有：

Ⅰ.C(s)＋O2(g)CO2(g) △H1＝－394kJ·mol－1

Ⅱ.2C(s)＋O2(g)2CO(g) △H2＝－221kJ·mol－1

Ⅲ.2CO(g)＋O2(g)2CO2(g) △H3

上述反应的△G～T如图所示，且满足△G＝△H－T△S。

请回答：

(1)曲线a代表反应_________(填“I”、“II”或“III”)，理由是__________。

(2)研究发现，以CO2替代高温水蒸气作为煤气化反应(H2O与C反应)的气化剂，实现了CO2零排放的新工艺。写出反应IV的热化学方程式___________(碳的计量数为1)。在1273K时，测得碳转化率[α(C)]与时间t变化如图所示。保持其它条件不变，请画出1773K时α(C)～t关系图______。

(3)当T＝T1时，反应IV处于平衡状态，下列关于反应IV的说法正确的是_________。

A.因平衡时△G＝0，若△H变化173.3kJ·mol－1，△S变化173.3J·K－1·mol－1，计算得T1＝1000K

B.T＜T1时，反应向逆反应方向移动

C.当碳的浓度不再变化时，一定处于平衡状态

D.因平衡常数K的值不再变化，反应达到了平衡

(4)当T＝1273K时，仅存在CO、CO2两种气体，且维持总压为1 atm，此时反应IV的Kp＝112，则CO气体所占的分压p(CO)为___________atm。(列式即可)

Answer 1

【答案】Ⅲ H3=-567kJ/mol，S＜0，由G=H-TS，曲线斜率为正值 C(s)+CO2(g)=2CO(g) H4=+173kJ/mol AB

【解析】

（1）曲线a是上升的，曲线斜率为正值，只有H＜0，S＜0符合。

（2）温度升高，缩短了达到平衡的时间，反应正向进行，转化率增加。

（3）根据△G＝H-TS＝0解答。

（4）由于体系中只存在2种气体，设CO的分压为x，则CO2的分压为1-x，Kp=，解得x的值即可。

（1）上述三个反应中，只有反应ⅢH3＜0，S＜0，由G=H-TS，曲线斜率为正值，故本题答案为：Ⅲ；H3=-567 kJ/mol，S＜0，由G=H-TS，曲线斜率为正值。

（2）以CO2替代高温水蒸气作为煤气化反应的气化剂，根据盖斯定律可知方程式为：C(s)+CO2(g)=2CO(g)，H4=H2-H1=+173 kJ/mol。在1773K时，温度升高，缩短了达到平衡的时间，反应正向进行，转化率增加，所以图像为：，故本题答案为：C(s)+CO2(g)=2CO(g) H4=+173kJ/mol；。

（3）A．因平衡时△G＝H-TS＝0，当△H变化173.3kJ·mol－1，△S变化173.3J·K－1·mol－1时， T1＝=1000K，A正确；

B．该反应为吸热反应，温度降低，逆向进行，B正确；

C．碳是纯固体，浓度看做1，不能作为化学平衡的判断依据，C错误；

D．当温度不变，改变浓度或压强，化学平衡可能发生移动，但平衡常数K的值不再变化，D错误；

本题答案为：AB。

（4）当T＝1273K时，仅存在CO、CO2两种气体，且维持总压为1 atm，设CO的分压为x，则CO2的分压为1-x，Kp=，解得x=，故本题答案为：。