Question

3．资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品．
（1）有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相关热化学方程式如下：6FeO（s）+CO₂（g）=2Fe₃O₄（s）+C（s）；△H=-76.0kJ/mol，该反应中每放出38kJ热量，转移电子的物质的量为2mol．
（2）在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H＜0
①向一容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO₂0.2mol/L，H₂0.8mol/L，CH₄0.8mol/L，H₂O1.6mol/L，起始充CO₂和H₂的物质的量分别为2 mol、8mol，CO₂的平衡转化率为80%．
②现有两个相同的恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器I、II，在I中充入1molCO₂和4molH₂，在II中充入1mol CH₄和2mol H₂O（g），300℃下开始反应．达到平衡时，下列说法正确的是CD．
A．容器I、II中正反应速率相同
B．容器I、II中CH₄的物质的量分数相同
C．容器I中CO₂的物质的量比容器II中的多
D．容器I中CO₂的转化率与容器II中CH₄的转化率之和小于1．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式定量关系计算，对应化学方程式中元素化合价变化计算电子转移，反应焓变是完全反应放出的热量；
（2）①依据化学平衡三段式列式计算；
②A．容器Ⅰ中从正反应开始到达平衡，容器Ⅱ中从逆反应开始到达，平衡建立的途径不相同；
B．容器Ⅱ中相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上再加入1mol CO和1mol H₂O，反应向正反应进行，故容器Ⅱ中到达平衡时温度更高，该反应正反应是放热反应，温度越高平衡常数越小，CH₄的物质的量分数不相同；
C．容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应移动；
D．温度相同时，容器I中CO₂的转化率与容器Ⅱ中CH₄的转化率之和等于1，容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应移动．

解答 解：（1）6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0KJ/moL，依据元素化合价变化分析转移电子4mol放出76KJ，所以该反应中每放出38kJ热量，转移电子的物质的量为2mol，
故答案为：2；
（2）①向一容积为2L的恒容密闭容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO₂ 0.2mol•L^-1，H₂ 0.8mol•L^-1，CH₄ 0.8mol•L^-1，H₂O 1.6mol•L^-1 ，起始充CO₂和H₂的物质的量分别为x、y；
CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量 x       y            0               0
变化量 1.6  6.4           1.6             3.2
平衡量 0.4  1.6           1.6              3.2
x=1.6mol+0.4mol=2mol，y=6.4mol+1.6mol=8mol；
CO₂的平衡转化率=$\frac{1.6mol}{2mol}$×100%=80%；
故答案为：2 mol；8 mol；80%；
②A．容器Ⅰ中从正反应开始到达平衡，容器Ⅱ中从逆反应开始到达，平衡建立的途径不相同，无法比较反应速率，故A错误
B．容器Ⅱ中相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上再加入1mol CO和1mol H₂O，反应向正反应进行，故容器Ⅱ中到达平衡时温度更高，该反应正反应是放热反应，温度越高平衡常数越小，CH₄的物质的量分数不相同，故B错误；
C．容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应移动，故容器Ⅰ中CO₂的物质的量比容器Ⅱ中的多，故C正确；
D．温度相同时，容器I中CO₂的转化率与容器Ⅱ中CH₄的转化率之和等于1，容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应移动，CH₄的转化率比两容器相同温度时容器Ⅱ中CH₄的转化率低，故容器Ⅰ中CO₂ 的转化率与容器Ⅱ中CH₄的转化率之和小于1，故D正确；
故选CD．

点评 本题考查热化学方程式书写，影响化学平衡的因素、化学平衡的建立等，难度较大，构建平衡建立的途径进行比较是关键．