Question

研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义．
（1）已知石墨的标准燃烧热为y kJ?mol^-1，1.2g石墨在1.68L（标准状况）氧气中燃烧，至反应物耗尽，放出x kJ热量．则石墨与氧气反应生成CO的热化学方程式为：

 

．
（2）高温时，用CO还原MgSO₄可制备高纯MgO．
①750℃时，测得气体中含等物质的量SO₂和SO₃，此时反应的化学方程式是：

 

．
②由MgO可制成“镁-次氯酸盐”燃料电池，其装置示意图如图1所示，该电池反应的离子方程式为：

 

．

（3）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
①取五份等体积CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ（CH₃OH）与反应温度T的关系曲线如图2所示，则上述CO₂转化为甲醇反应的△H

 

（填“＞”“＜”或“=”）0．
②在两种不同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图3所示，曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ

K_Ⅱ（填“＞”“＜”或“=”）．
③一定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式投入反应物，一段时间后达到平衡．

容  器	甲	乙
反应物投入量	1molCO2 3molH2	a molCO2、b molH2、 c molCH3OH（g）、c molH2O（g）

若甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持反应逆向进行，则c的取值范围为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学方程式的书写

专题：

分析：（1）1.2g石墨的物质的量为n（C）=

1.2g

12g/mol

=0.1mol，1.68L氧气的物质的量为n（O₂）=

1.68L

22.4L/mol

=0.07mol，生成物为CO和CO₂的混合物，设生成CO的物质的量为nmol，由C元素守恒得CO₂的物质的量为（0.1-n）mol，根据关系式nC～n

1

2

O₂～nCO，（0.1-n）O₂～（0.1-n）CO₂，则

1

2

n+（0.1-n）=0.075，n=0.05，所以反应后生成0.05molCO，0.05molCO₂，根据反应放出的总热量x kJ和1mol石墨完全燃烧放出y kJ（y＞0）的热量，可计算出生成0.05molCO放出的热量，进而求出反应的热化学方程式；
（2）①根据题目信息写出生成物，根据质量守恒配平；
②由图可知镁-次氯酸盐”燃料电池中Mg与ClO^-、H₂O反应生成Cl^-与Mg（OH）₂；
（3）①根据到达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反应进行；
②根据先拐先平数值大原则，由图1可知，温度T₁＜T₂，平衡时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，据此判断反应热，K₁与K₂关系；
③根据平衡三部曲求出甲中平衡时各气体的物质的量，然后根据平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持反应逆向进行来判断范围．

解答： 解：（1）1.2g石墨的物质的量为n（C）=

1.2g

12g/mol

=0.1mol，1.68L氧气的物质的量为n（O₂）=

1.68L

22.4L/mol

=0.07mol，生成物为CO和CO₂的混合物，设生成CO的物质的量为nmol，由C元素守恒得CO₂的物质的量为（0.1-n）mol，根据关系式nC～n

1

2

O₂～nCO，（0.1-n）O₂～（0.1-n）CO₂，则

1

2

n+（0.1-n）=0.075，n=0.05，所以反应后生成0.05molCO，0.05molCO₂，1mol石墨完全燃烧放出ykJ（y＞0）的热量，所以生成0.05molCO₂放出的热量为0.05yKJ，1.2g石墨在1.68L（标准状况）氧气中燃烧，至反应物耗尽，放出x kJ热量．则生成0.05molCO放出的热量为（x-0.05y）kJ，所以生成1molCO放出的热量为

x-0.05y

0.05

kJ，即（20x-y）kJ，所以热化学方程式为：C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H=-（20x-y）kJ?mol^-1，故答案为：C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H=-（20x-y）kJ?mol^-1；
（2）①用CO还原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，方程式为CO+2MgSO₄

△   .

2MgO+CO₂+SO₂+SO₃，故答案为：CO+2MgSO₄

△   .

2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
②由图可知镁-次氯酸盐”燃料电池中Mg与ClO^-、H₂O反应生成Cl^-与Mg（OH）₂，该电池反应的总反应方程式为Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂，故答案为：Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂；
（3）①由图可知最高点反应到达平衡，达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反应进行，升高温度平衡吸热方向进行，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，即△H＜0．故答案为：＜；
②由图1可知，温度T₁＜T₂，平衡时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故该反应正反应为放热反应，则△H＜0，升高温度，平衡向逆反应移动，所以K₁＞K₂，
故答案为：＞；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始：1        3         0          0
平衡：1-x     3-3x       x          x
甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，即（4-2x）/4=0.8 
   解得x=0.4mol
依题意：甲、乙为等同平衡，且起始时维持反应逆向进行，所以全部由生成物投料，c的物质的量为1mol，c 的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol，所以c的物质的量为：0.4＜n（c）≤1，故答案为：0.4＜n（c）≤1．

点评：本题考查涉及知识点较多，涉及平衡常数的计算、平衡状态的判断以及外界条件对平衡移动的影响等问题，题目难度中等，本题注意把握计算方法以及平衡常数的运用．