Question

13．炭的化合物有着相当广泛的用途．请回答下列问题：
（1）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）；△H₁=-393.5kJ•mol^-1
CO₂（g）+C（s）=2CO（g）；△H₂=+172.5kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H₃=-296.0kJ•mol^-1
则2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ•mol^-1
（2）以 C_nH_2nO_n、O₂为原料，H₂SO₄溶液为电解质设计成燃料电池，则负极的电极反应式为C_nH_2nO_n-4ne^-+nH₂O=nCO₂+4nH⁺
（3）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）
①某温度下，将2mol CO和6mol H₂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80%．
②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_正＞v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）；若其他条件不变，在T₂℃反应10min后达到平衡，c（H₂）=0.4mol•L^-1，则该时间内反应速率：v（CH₃OH）=0.03mol/（L．min）；
（4）金属氧化物被一氧化碳还原生成金属单质和二氧化碳．如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Cu₂O（填化学式），该反应的平衡常数数值（K）等于10⁶．

Answer 1

分析 （1）①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₁=-393.5kJ•mol^-1
②CO₂（g）+C（s）=2CO（g）；△H₂=+172.5kJ•mol^-1
③S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H₃=-296.0kJ•mol^-1
将方程式①-②-③得2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=△H₁-△H₂-△H₃；
（2）酸性燃料电池中，负极上燃料失电子生成二氧化碳和水；
（3）①参加反应的n（CO）=2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，转化率=$\frac{1.6mol}{2mol}×100%$；
②浓度商=$\frac{0.4}{0.1×0．{2}^{2}}$=100＜160，平衡正向移动；
根据表中数据知，反应初始氢气浓度=0.2mol/L+0.4mol/L×2=1.0mol/L，
平衡时c（H₂）=0.4mol•L^-1，则参加反应的c（H₂）=1mol/L-0.4mol•L^-1=0.6mol/L，
则氢气的反应速率=$\frac{0.6mol/L}{10min}$=0.06mol/（L．min），同一可逆反应中同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比，据此计算甲醇反应速率；
（4）相同温度下，lg[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$]越小，说明化学平衡常数越大，还原反应越容易；
根据图知，800℃时，lg[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$]=-6，则$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=10⁶．

解答 解：（1）①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₁=-393.5kJ•mol^-1
②CO₂（g）+C（s）=2CO（g）；△H₂=+172.5kJ•mol^-1
③S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H₃=-296.0kJ•mol^-1
将方程式①-②-③得2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=△H₁-△H₂-△H₃=-393.5 kJ•mol^-1-（+172.5kJ•mol^-1-296.0kJ•mol^-1）=-270kJ•mol^-1 ，
故答案为：-270kJ•mol^-1 ；
（2）酸性燃料电池中，负极上燃料失电子生成二氧化碳和水，电极反应式为C_nH_2nO_n-4ne^-+nH₂O=nCO₂+4nH⁺，
故答案为：C_nH_2nO_n-4ne^-+nH₂O=nCO₂+4nH⁺；
（3）①参加反应的n（CO）=2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，转化率=$\frac{1.6mol}{2mol}×100%$=80%，故答案为：80%；
②浓度商=$\frac{0.4}{0.1×0．{2}^{2}}$=100＜160，平衡正向移动，则v_正＞v_逆；
根据表中数据知，反应初始氢气浓度=0.2mol/L+0.4mol/L×2=1.0mol/L，
平衡时c（H₂）=0.4mol•L^-1，则参加反应的c（H₂）=1mol/L-0.4mol•L^-1=0.6mol/L，
则氢气的反应速率=$\frac{0.6mol/L}{10min}$=0.06mol/（L．min），同一可逆反应中同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比，所以甲醇反应速率为0.03mol/（L．min），
故答案为：＞；0.03mol/（L．min）；
（4）相同温度下，lg[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$]越小，说明化学平衡常数越大，还原反应越容易，所以Cu₂O最容易被还原；
根据图知，800℃时，lg[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$]=-6，则化学平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=10⁶，
故答案为：Cu₂O；10⁶．

点评 本题考查化学平衡计算、盖斯定律计算、原电池原理等知识点，侧重考查计算能力及基本理论，这些知识点都是高频考点，会根据三段式法进行有关计算，知道浓度商、化学平衡常数与反应方向的关系，题目难度不大．