Question

【题目】研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。

(1)一定条件下，在CO2与足量碳反应所得平衡体系中加入H2和适当催化剂，有下列反应发生：

CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) H1＝-206.2 kJ/mol

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) H2

若CO2还原H2生成0.1molCH4(g)和一定量的H2O(g)，整个过程中放出的热量为16.5kJ，则△H2=____________。

(2)为研究CO2与CO之间的转化。让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g) H，测得压强、温度对CO的体积分数(φ(CO)％)的影响如图所示：

回答下列问题：

①p1、p2、p3的大小关系是______________，图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是____________。

②900℃、1.013MPa时，1molCO2与足量碳反应达平衡后容器的体积为VL，CO2的转化率为_____________，(保留一位小数)该反应的平衡常数K＝_________。

③将②中平衡体系温度降至640℃，压强降至0.1013MPa，重新达到平衡后CO2的体积分数为50%。条件改变时，正反应和逆反应速率如何变化？_______________________________，二者之间有何关系？________________________。

(3)CO2可用于工业制备草酸锌，其原理如图所示(电解液不参加反应)，Zn电极是_____极。已知在Pb电极区得到ZnC2O4，则Pb电极上的电极反应式为______________。

Answer 1

【答案】-41.2 kJ/mol p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7% 16/3Vmol/L 正反应和逆反应速率均减小 v(正)＜v(逆) 阳 2CO2+2e-=C2O42-

【解析】

(1) 若CO2还原H2生成0.1mol CH4(g)和一定量的H2O(g)，整个过程中放出的热量为16.5kJ，可得反应③CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) H3＝-165.0 kJ/mol；

①CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) H1＝-206.2 kJ/mol

根据盖斯定律，由①-③得反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 则△H2=H1-H3＝-206.2 kJ/mol+165.0 kJ/mol=-41.2 kJ/mol；

（2）①正反应是体积增大的可逆反应，增大压强CO的含量降低。根据图像可知在温度相等时p1对应的CO含量最高，则p1、p2、p3的大小关系是p1＜p2＜p3。升高温度CO含量升高，说明正反应是吸热反应。平衡常数只与温度有关系，升高温度平衡右移，平衡常数增大，则图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是Ka＝Kb＜Kc；

②900 ℃、1.013 MPa时CO的含量是80%，则

C(s)＋CO2(g) 2CO(g)

起始量（mol） 1 0

转化量（mol） x 2x

平衡量（mol） 1－x 2x

因此，解得x＝，则CO2的转化率为66.7%；

反应的平衡常数K==；

③平衡体系温度降至640 ℃，压强降至0.1013 MPa，重新达到平衡后CO2的体积分数为50%，说明平衡向逆反应方向进行，则v(正)＜v(逆)；

（3）此装置是电解池，电极的名称为阴阳两极，根据信息，Zn失电子，因此锌作阳极，在Pb上生成ZnC2O4，因此阴极电极反应式为2CO2+2e-=C2O42-。