Question

17．碳的化合物与人类生产、生活密切相关．
（1）在一恒温、恒容密闭容器中发生反应：Ni（s）+4CO（g）$?_{180℃-200℃}^{50-80℃}$Ni（CO）₄（g）．利用该反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍．对该反应的说法正确的是CD（填字母编号）．
A．把温度由80℃升高到180℃，正反应速率减小，逆反应速率增大
B．反应达到平衡后，充入Ni（CO）₄（g）再次达到平衡时，$\frac{n[Ni（CO）_{4}]}{{n}^{4}（CO）}$减小
C．反应达到平衡后，充入CO再次达到平衡时，CO的体积分数降低
D．当容器中混合气体密度不变时，可说明反应已达化学平衡状态
（2）图1所示的直形石英玻璃封管中充有CO气体，在温度为T₁的一端放置不纯的镍（Ni）粉，Ni粉中的杂质不与CO（g）发生反应．在温度为T₂的一端得到了纯净的高纯镍，则温度T₁＜T₂（填“＞”“＜”或“=”）．上述反应体系中循环使用的物质是CO．
（3）甲醇是一种重要的化工原料，工业上可用CO和H₂合成甲醇（催化剂为Cu₂O/ZnO）：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1．若在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：

容器	甲	乙	丙
反应物投入量	1mol CO、 2mol H2	1mol CH3OH	2mol CO、 4mol H2
CH3OH的浓度/mol•L-1	c1	c2	c3
反应的能量变化	放出Q1kJ	吸收Q2kJ	放出Q3kJ
反应物转化率	α1	α2	α3

下列说法正确的是ac．
a．c₁=c₂　　　　　　　b.2Q₁=Q₃    c．Q₁+Q₂=90.8     d．α₂+α₃＜100%
（4）据研究，上述（3）中合成甲醇反应过程中起催化作用的为Cu₂O，反应体系中含少量CO₂有利于维持催化剂Cu₂O的量不变，原因是Cu₂O+CO?2Cu+CO₂（用化学方程式表示）．
（5）已知在常温常压下：甲醇的燃烧热为725.8kJ•mol^-1，CO的燃烧热为283kJ•mol^-1，H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1．写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和水蒸气的热化学方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（g）△H=-354.8kJ•mol^-1．

（6）金属氧化物可被一氧化碳还原生成金属单质和二氧化碳．如图2是四种金属氧化物（Cr₂O₃、SnO^-1、PbO₂、Cu₂O）被一氧化碳还原时lg$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$与温度（t）的关系曲线图．四个反应中属于吸热反应的是Cr₂O₃、SnO₂（填金属氧化物的化学式），在700℃用一氧化碳还原Cr₂O₃时，若反应方程式化学计量数为最简整数比，该反应的平衡常数（K）数值等于10^-12．

Answer 1

分析 （1）对于可逆反应，升高温度，正逆反应速率均加快，$\frac{n[Ni（CO）_{4}]}{{n}^{4}（CO）}$=K（平衡常数），因此温度不变，比值不变，反应达到平衡后，充入CO再次达到平衡时，相当于增大压强，平衡右移，CO的体积分数降低，Ni与CO反应，随反应的进行，气体质量增大，直到反应达到平衡，质量才不发生变化，根据公式ρ=m/V，容器容积V不变，密度ρ不变时，说明质量m不再变化，反应达到化学平衡状态；
（2）根据上述反应，在50～80℃，Ni与CO化合生成Ni（CO）₄，在180～200℃分解生成Ni和CO，因此T₁＜T₂，反应中CO可循环利用；
（3）根据反应特点可以确定，甲和乙可建立相同平衡状态，因此平衡时：c₁=c₂，Q₁+Q₂=90.8，α₁+α₂=100%．比较甲和丙，开始时丙中CO和H₂浓度均为甲的2倍，相对于甲，丙相当于加压．假设甲和丙建立相同的平衡状态，则丙中放热是甲中的2倍，但加压平衡右移，因此Q₃＞2Q₁，α₃＞α₁，因此α₂+α₃＞100%；
（4）反应中含有CO，CO会还原Cu₂O，加入少量CO₂，可使CO还原Cu₂O反应逆向移动，保持Cu₂O的量不变，反应为Cu₂O+CO?2Cu+CO₂；
（5）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和水蒸气的反应为CH₃OH+O₂═CO+2H₂O．根据盖斯定律计算；
（6）用CO还原金属氧化物，反应的平衡常数K均可表示为$[\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}]^{n}$，n＞0，因此lg$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$越小，则平衡常数越大．对于CO还原Cr₂O3和SnO₂，温度升高lg$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$减小，则平衡常数增大，平衡正向移动，因此这两个反应为吸热反应，对于CO还原PbO₂和Cu₂O的反应为放热反应．

解答 解：（1）对于可逆反应，升高温度，正逆反应速率均加快，A错误．$\frac{n[Ni（CO）_{4}]}{{n}^{4}（CO）}$=K（平衡常数），因此温度不变，比值不变，B错误．反应达到平衡后，充入CO再次达到平衡时，相当于增大压强，平衡右移，CO的体积分数降低，C正确．Ni与CO反应，随反应的进行，气体质量增大，直到反应达到平衡，质量才不发生变化，根据公式ρ=m/V，容器容积V不变，密度ρ不变时，说明质量m不再变化，反应达到化学平衡状态，D正确；
故选CD；
（2）根据上述反应，在50～80℃，Ni与CO化合生成Ni（CO）₄，在180～200℃分解生成Ni和CO，因此T₁＜T₂，反应中CO可循环利用；
故答案为：＜；CO；
（3）根据反应特点可以确定，甲和乙可建立相同平衡状态，因此平衡时：c₁=c₂，a正确；Q₁+Q₂=90.8，c正确；α₁+α₂=100%．比较甲和丙，开始时丙中CO和H₂浓度均为甲的2倍，相对于甲，丙相当于加压．假设甲和丙建立相同的平衡状态，则丙中放热是甲中的2倍，但加压平衡右移，因此Q₃＞2Q₁，b错误；α₃＞α₁，因此α₂+α₃＞100%，d错误；
故答案为：ac；
（4）反应中含有CO，CO会还原Cu₂O，加入少量CO₂，可使CO还原Cu₂O反应逆向移动，保持Cu₂O的量不变，反应为Cu₂O+CO?2Cu+CO₂；
故答案为：Cu₂O+CO?2Cu+CO₂；
（5）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和水蒸气的反应为CH₃OH+O₂═CO+2H₂O．根据盖斯定律，反应CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（g）的△H=-725.8 kJ•mol^-1-
（-283 kJ•mol-1）-2×（-44.0 kJ•mol-1）=-354.8 kJ•mol^-1；
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（g）△H=-354.8 kJ•mol^-1；
（6）用CO还原金属氧化物，反应的平衡常数K均可表示为$[\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}]^{n}$，n＞0，因此lg$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$越小，则平衡常数越大．对于CO还原Cr₂O3和SnO₂，温度升高lg$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$减小，则平衡常数增大，平衡正向移动，因此这两个反应为吸热反应，对于CO还原PbO₂和Cu₂O的反应为放热反应；一氧化碳还原Cr₂O₃的反应为3CO（g）+Cr₂O₃（s）?2Cr（s）+3CO₂（g），在700℃用一氧化碳还原Cr₂O₃时，lg$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=4，$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=10^-4，K=（10^-4）³=10^-12；
故答案为：Cr₂O₃、SnO₂；10^-12．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡影响因素的分析判断，反应速率的计算应用，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，平衡移动原理的应用是解题关键，依据反应特征设计制备过程是解题关键，题目难度较大．