题目内容

【题目】一氧化碳是一种用途相当广泛的化工基础原料。

⑴. 利用下列反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。

Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g) 该反应的ΔH_______0(选填“>”或“=”或“<”)。

⑵. 在高温下一氧化碳可将二氧化硫还原为单质硫。已知:

C(s)+O2(g)=CO2(g);ΔH1=-393.5 kJ·mol-1

CO2(g)+C(s)=2CO(g);ΔH2=+172.5 kJ·mol-1

S(s)+O2(g)=SO2(g);ΔH3=-296.0 kJ·mol-1

则2CO(g)+SO2(g)=S(s)+2CO2(g) ΔH4=________。

⑶. 工业上一般采用CO与H2反应合成可再生能源甲醇,反应如下:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

某温度下,将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡后,测

得c(CO)=0.2mol·L-1,则CO的转化率为___________。

合成气经压缩升温后进入10m3甲醇合成塔,在催化剂作用下,通过反应进行甲醇合成,T1℃下此反应的平衡常数为160。此温度下,在密闭容器中加入一定量CO和H2,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:

物质

H2

CO

CH3OH

浓度/(mol·L-1

0.2

0.1

0.4

比较此时正、逆反应速率的大小:v_______v (填“>”、“<”或“=”);若其他条件不变,在T2℃反应10min后达到平衡,c(H2)=0.4 mol·L-1,则该时间内反应速率:

v(CH3OH) =__________;

(4)金属氧化物被一氧化碳还原生成金属单质和二氧化碳。下图是四种金属氧化物被一氧化碳还原时lg[c(CO)/c(CO2)]与温度(t)的关系曲线图。800℃时,其中最易被还原的金属氧化物是____(填化学式),该反应的平衡常数数值(K)等于____________。

【答案】 -270 kJ·mol-1 80% > 0.03 mol·L-1·min-1 Cu2O 106

【解析】本题考查盖斯定律的应用,化学平衡、化学反应速率的有关计算,化学图像的分析与判断等知识,该题综合性强,掌握基本知识即可解答。

(1)根据方程式可知,升高温度平衡向逆反应方向移动,所以正反应是放热反应,即该反应的ΔH<0。

(2)反应①C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH1=-393.5 kJ·mol-1、反应②CO2(g)+C(s)=2CO(g)ΔH2=+172.5 kJ·mol-1、反应③S(s)+O2(g)=SO2(g)ΔH3=-296.0 kJ·mol-1,根据盖斯定律,①-②-③即可得到2CO(g)+SO2(g)=S(s)+2CO2(g),所以反应热ΔH4=-393.5kJ·mol-1-172.5kJ·mol-1+296.0kJ·mol-1=-270kJ·mol-1

(3)将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡,测得c(CO)=0.2molL-1,物质的量为0.4mol。

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始量(mol) 2 6 0

变化量(mol) 1.6 3.2 1.6

平衡量(mol) 0.4 2.8 1.6

则CO的转化率为=1.6÷2×100%=80%。

根据表格提供的信息,该反应的Q=0.4÷(0.1×0.2×0.2)=100<K=160,该反应向正反应方向移动,则此时正、逆反应速率的大小:v>v 。根据表格提供的信息,起始氢气的浓度为0.2+0.4×2=1,其他条件不变,在T2℃反应10min后达到平衡,此时c(H2)=0.4 mol·L-1,所以反应消耗的氢气的浓度为0.6mol·L-1,生成甲醇的浓度为0.3mol·L-1,则该时间内反应速率:v(CH3OH)=0.3mol·L-1÷10min=0.03 mol·L-1·min-1

(4)800℃时,K越大,金属氧化物越易被还原,所以最易被还原的金属氧化物是Cu2O;根据题意,反应的化学方程式为Cu2O+CO2Cu+CO2 ,lg[c(CO)/c(CO2)]=-6,则K=[CO2]÷[CO]=106

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