Question

研究CO₂的利用對促進(jìn)低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義．
（1）已知石墨的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為y kJ?mol^-1，1.2g石墨在1.68L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氧氣中燃燒，至反應(yīng)物耗盡，放出x kJ熱量．則石墨與氧氣反應(yīng)生成CO的熱化學(xué)方程式為

C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H=-

(x-0.04y)

0.06

kJ?mol^-1

，
（2）高溫時，用CO還原MgSO₄可制備高純MgO．
①750℃時，測得氣體中含等物質(zhì)的量SO₂和SO₃，此時反應(yīng)的化學(xué)方程式是

CO+2MgSO₄

△   .

2MgO+CO₂+SO₂+SO₃

．
②由MgO可制成“鎂-次氯酸鹽”燃料電池，其裝置示意圖如圖1，該電池反應(yīng)的離子方程式為

Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂

．

（3）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

C(CH3OH)C(H2O)

C(CO2)C3(H2)

．
②取五份等體積CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時間后，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖2所示，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的
△H

＜

（填“＞”“＜”或“=”）0．
③在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng)，測得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖3所示，曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ

＞

K_Ⅱ（填“＞”“＜”或“=”）．
④一定溫度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式投入反應(yīng)物，一段時間后達(dá)到平衡．

容  器	甲	乙
反應(yīng)物 投入量	1molCO2 3molH2	a molCO2、b molH2、 c molCH3OH（g）、c molH2O（g）

若甲中平衡后氣體的壓強為開始時的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時維持反應(yīng)逆向進(jìn)行，則c的取值范圍為

0.4＜n（c）≤1mol

．

Answer 1

分析：（1）1.2g石墨的物質(zhì)的量為n（C）=

1.2g

12g/mol

=0.1mol，1.68L氧氣的物質(zhì)的量為n（O₂）=

1.68L

22.4L/mol

=0.07mol，生成物為CO和CO₂的混合物，設(shè)生成CO的物質(zhì)的量為nmol，根據(jù)1mol石墨完全燃燒消耗1molO₂，1mol石墨生成CO消耗

1

2

molO₂，則

1

2

n+（1-n）=0.07，n=0.06，所以反應(yīng)后生成0.06molCO，0.04molCO₂，根據(jù)反應(yīng)放出的總熱量x kJ和1mol石墨完全燃燒放出y kJ（y＞0）的熱量，可計算出生成0.06molCO放出的熱量，進(jìn)而求出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式．
（2）①根據(jù)題目信息寫出生成物，根據(jù)質(zhì)量守恒配平；
②由圖可知鎂-次氯酸鹽”燃料電池中Mg與ClO^-、H₂O反應(yīng)生成Cl^-與Mg（OH）₂．
（3）①根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，
②根據(jù)到達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行；
③根據(jù)先拐先平數(shù)值大原則，由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，據(jù)此判斷反應(yīng)熱，K₁與K₂關(guān)系；
④根據(jù)平衡三部曲求出甲中平衡時各氣體的物質(zhì)的量，然后根據(jù)平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時維持反應(yīng)逆向進(jìn)行來判斷范圍．

解答：解：（1）1.2g石墨的物質(zhì)的量為n（C）=

1.2g

12g/mol

=0.1mol，1.68L氧氣的物質(zhì)的量為n（O₂）=

1.68L

22.4L/mol

=0.07mol，生成物為CO和CO₂的混合物，設(shè)生成CO的物質(zhì)的量為nmol，根據(jù)1mol石墨完全燃燒消耗1molO₂，1mol石墨生成CO消耗

1

2

molO₂，則

1

2

n+（1-n）=0.07，n=0.06，所以反應(yīng)后生成0.06molCO，0.04molCO₂，1mol石墨完全燃燒放出ykJ（y＞0）的熱量，所以生成0.04molCO₂放出的熱量為0.04yKJ，1.2g石墨在1.68L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氧氣中燃燒，至反應(yīng)物耗盡，放出x kJ熱量．則生成0.06molCO放出的熱量為（x-0.04y）KJ，所以生成1molCO放出的熱量為

(x-0.04y)

0.06

KJ，所以熱化學(xué)方程式為：C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H=-

(x-0.04y)

0.06

kJ?mol^-1
（2）①用CO還原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，方程式為CO+2MgSO₄

△   .

2MgO+CO₂+SO₂+SO₃，
故答案為：CO+2MgSO₄

△   .

2MgO+CO₂+SO₂+SO₃ ；
②由圖可知鎂-次氯酸鹽”燃料電池中Mg與ClO^-、H₂O反應(yīng)生成Cl^-與Mg（OH）₂，該電池反應(yīng)的總反應(yīng)方程式為
Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂，故答案為：Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂．
（3）①平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，所以K=

C(CH3OH)C(H2O)

C(CO2)C3(H2)

，
故答案為：

C(CH3OH)C(H2O)

C(CO2)C3(H2)

；
②由圖可知最高點反應(yīng)到達(dá)平衡，達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，升高溫度平衡吸熱方向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0．故答案為：＜；
③由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，故該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H＜0，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，所以K₁＞K₂，
故答案為：＞；
④CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始：1        3         0          0
平衡：1-x     3-3x       x          x
甲中平衡后氣體的壓強為開始時的0.8倍，即（4-2x）/4=0.8 
   解得x=0.4mol
依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時維持反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以全部由生成物投料，c的物質(zhì)的量為1mol，c 的物質(zhì)的量不能低于平衡時的物質(zhì)的量0.4mol，所以c的物質(zhì)的量為：0.4＜n（c）≤1mol，故答案為：0.4＜n（c）≤1mol．

點評：本題考查涉及知識點較多，涉及平衡常數(shù)的計算、平衡狀態(tài)的判斷以及外界條件對平衡移動的影響等問題，題目難度中等，本題注意把握計算方法以及平衡常數(shù)的運用．