Question

13．金剛石和石墨均為碳的同素異形體，它們在氧氣不足時燃燒生成CO，充分燃燒時生成CO₂，反應(yīng)放出的能量如圖1所示

（1）在通常狀況下，石墨更穩(wěn)定（填“金剛石”或“石墨”），金剛石轉(zhuǎn)化為石墨的熱化學(xué)方程式為C（金剛石，s）=C（石墨，s）△H=-1.9kJ/mol
（2）CO、O₂和熔融Na₂CO₃可制作燃料電池，其原理見圖2．石墨Ⅰ上電極反應(yīng)式為CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂
（3）用CO₂生產(chǎn)甲醇燃料的方法為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
△H=-49.0kJ/mol，將6molCO₂和8molH₂充入2L的密閉容器中，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖3所示（實(shí)線）．圖中數(shù)據(jù)a（1，6）表示：在1min時H₂的物質(zhì)的量是6mol．
①下列時間段平均反應(yīng)速率最大的是A
A.0～1min       B.1～3min         C.3～8min         D.8～11min
②僅改變某一個實(shí)驗(yàn)條件再進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中虛線所示．曲線Ⅰ對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是升高溫度，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是增大壓強(qiáng)，體積不變，再充入3molCO₂和4molH₂，H₂O（g）的體積分?jǐn)?shù)增大（填“增大”“減小”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）依據(jù)物質(zhì)能量越高，越活潑分析判斷，依據(jù)圖象能量變化寫出金剛石轉(zhuǎn)化為石墨的熱化學(xué)方程式，反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
（2）CO、O₂和熔融Na₂CO₃可制作燃料電池，其原理見圖2．石墨Ⅰ上為CO失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）①根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$判斷反應(yīng)速率大��；    
②升高溫度和增大壓強(qiáng)都能增大反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)到達(dá)平衡的時間，但升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，增大壓強(qiáng)平衡向氣體體積減小的方向移動；
若體積不變再充入3molCO₂和4molH₂，與開始6molCO₂和8molH₂充入2L的密閉容器中比較，相當(dāng)于增加開始的一半，應(yīng)采用先擴(kuò)大再壓縮的方法判斷；

解答 解：（1）圖象分析金剛石能量高于石墨，能量越低越穩(wěn)定，所以說明石墨穩(wěn)定，圖象分析金剛石轉(zhuǎn)化為石墨需要放出熱量=395.4KJ-393.5KJ=1.9KJ；反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C（金剛石，s）=C（石墨，s）△H=-1.9kJ/mol，故答案為：石墨；C（金剛石，s）=C（石墨，s）△H=-1.9kJ/mol；
（2）CO、O₂和熔融Na₂CO₃可制作燃料電池，其原理見圖2，石墨Ⅰ上為CO失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂；故答案為：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂；
（3）①根據(jù)圖象知，A．0～1min內(nèi)氫氣的平均反應(yīng)速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{8-6}{2}}{1}$mol/（L•min）=1mol/（L•min）．
B．1～3min內(nèi)氫氣的平均反應(yīng)速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{6-3}{2}}{2}$mol/（L•min）=0.75mol/（L．min），
C．3～8min內(nèi)氫氣的平均反應(yīng)速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{3-2}{2}}{5}$mol/（L•min）=0.1mol/（L．min），
D．8～11min時該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，氫氣的物質(zhì)的量變化量為0，
所以反應(yīng)速率最大的是A，故選A； 
（2）該反應(yīng)是一個反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，改變條件I，反應(yīng)到達(dá)平衡的時間縮短，則反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡時，氫氣的物質(zhì)的量大于原平衡狀態(tài)，說明改變條件I平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以該條件是升高溫度；
改變條件II，反應(yīng)到達(dá)平衡的時間縮短，則反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡時，氫氣的物質(zhì)的量小于原平衡狀態(tài)，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，則該條件是增大壓強(qiáng)；
若體積不變再充入3molCO₂和4molH₂，與開始6molCO₂和8molH₂充入2L的密閉容器中比較，相當(dāng)于增加開始的一半，應(yīng)采用先將體積擴(kuò)大到原來的1.5倍，H₂O（g）的體積分?jǐn)?shù)，再壓縮到原來的體積，平衡向正反應(yīng)方向移動，所以H₂O（g）的體積分?jǐn)?shù)增大，故答案為：升高溫度；增大壓強(qiáng)；增大；

點(diǎn)評 本題考查能量圖象分析，燃料電池電極反應(yīng)式的書寫以及化學(xué)反應(yīng)速率或平衡的圖象分析，計(jì)算反應(yīng)速率的大小及化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，注意把握對題目圖象的分析，題目較為綜合，題目難度中等．