Question

18．研究碳及其化合物的性質(zhì)對于科研、生產(chǎn)生活具有重要意義．
（1）將1.8g木炭置于2.24L（標準狀況）氧氣中完全燃燒，至反應物耗盡，測得放出熱量30.65kJ，則反應過程中共轉移電子0.4mol．已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-392.0kJ•mol^-1綜合上述信息，請寫出CO完全燃燒的熱化學方程式CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-281.5kJ/mol．
（2）CO可以合成工業(yè)用潔凈燃料甲醇，反應為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．T₀℃時，向容積均為50mL密閉容器甲、乙中分別加入1mol CO和2mol H₂，發(fā)生上述反應，其中乙為絕熱容器，反應過程中測得甲容器內(nèi)壓強隨時間變化曲線如圖所示：
①下列描述中能說明甲容器中的反應達平衡狀態(tài)的是bd（填序號）．
a．2v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）
b．CO與CH₃OH的體積比不再改變
c．化學平衡常數(shù)K的值不再變化
d．CO、H₂、CH₃OH的濃度均不再變化
②0-8分鐘內(nèi)，甲中v（H₂）=2.5mol•L^-1•min^-1；達到平衡后，甲中CO的轉化率大于（填寫“大于”、“小于”或“等于”）乙中CO的轉化率．

Answer 1

分析 （1）碳的物質(zhì)的量為$\frac{1.8g}{12g/mol}$=0.15mol，氧氣物質(zhì)的量為$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，二者完全反應，而C、O原子數(shù)目之比為0.15：0.1×2=3：4，介于1：2與1：1之間，故反應生成CO、CO₂，根據(jù)碳原子、氧原子守恒列方程計算CO、CO₂的物質(zhì)的量，根據(jù)O元素化合價變價計算轉移電子物質(zhì)的量；
根據(jù)熱化學方程式計算1.8g碳燃燒生成二氧化碳放出的熱量，與實際熱量之差為生成的CO燃燒放出的熱量，注明聚集狀態(tài)與反應熱書寫熱化學方程式；
（2）①可逆反應到達平衡時，同一物質(zhì)的正逆反應速率相等，各組分的濃度、含量不變，由此衍生的一些其它量不變，判斷平衡狀態(tài)的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到不變化，說明到達平衡；
②恒溫恒容下，壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，據(jù)此計算平衡時混合氣體總物質(zhì)的量，再利用差量法計算參加反應的氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂）；
乙為絕熱容器，正反應為放熱反應，隨反應進行，乙中溫度升高，乙到達的平衡相當于在甲平衡的基礎上升高溫度，升高溫度，平衡向逆反應方向移動．

解答 解：（1）碳的物質(zhì)的量為$\frac{1.8g}{12g/mol}$=0.15mol，氧氣物質(zhì)的量為$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，二者完全反應，而C、O原子數(shù)目之比為0.15：0.1×2=3：4，介于1：2與1：1之間，反應生成CO、CO₂，反應中氧元素化合價由0價降低為-2價，故轉移電子為0.1mol×2×2=0.4mol；
設CO、CO₂的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)碳原子、氧原子守恒，則：
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.15}\\{x+2y=0.1×2}\end{array}\right.$
解得x=0.1 y=0.05
若0.15mol碳完全燃燒生成二氧化碳，則放出的熱量為0.15mol×392.0kJ/mol=58.8kJ，而生成0.1molCO、0.05molCO₂放出的熱量為30.65kJ，根據(jù)蓋斯定律，可知0.1molCO燃燒生成二氧化碳放出的熱量為58.8kJ-30.65kJ=28.15kJ，則1molCO燃燒放出的熱量為281.5kJ，故CO燃燒的熱化學方程式為：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-281.5kJ/mol，
故答案為：0.4；CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-281.5kJ/mol；
（2）①a．若2v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH），則v_正（H₂）：v_逆（CH₃OH）=1：2，不等于化學計量數(shù)之比2：1，故逆反應速率較快，反應向逆反應進行，故a錯誤；
b．隨反應進行CO與CH₃OH的體積比減小，二者體積之比不再改變，說明反應到達平衡，故b正確；
c．溫度不變，化學平衡常數(shù)K的值始終不變，不能說明得到平衡，故c錯誤；
d．CO、H₂、CH₃OH的濃度均不再變化，反應混合物個組分的濃度不變，說明反應到達平衡，故d正確，
故選：bd；
②恒溫恒容下，壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，設甲中平衡時總物質(zhì)的量為xmol，則（1mol+2mol）：xmol=12.3：8.2，解得x=2，
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）物質(zhì)的量減少
        2                    2
        1mol            （1mol+2mol）-2mol=1mol
故v（H₂）=$\frac{\frac{1mol}{0.05L}}{8min}$=2.5mol/（L．min）；
乙為絕熱容器，正反應為放熱反應，隨反應進行，乙中溫度升高，乙到達的平衡相當于在甲平衡的基礎上升高溫度，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，故甲中CO的轉化率大于乙中CO的轉化率，
故答案為：2.5；大于．

點評 本題考查化學平衡有關計算、化學平衡移動、化學平衡狀態(tài)判斷、熱化學方程式書寫等，（1）注意利用蓋斯定律計算CO燃燒放出的熱量，（2）中注意乙裝置為絕熱容器，難度中等．