【題目】研究 CO2的利用對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要意義。

1)一定條件下,在 CO2 與足量碳反應所得平衡體系中加入 H2 和適當催化劑,有下列反應發(fā)生:CO(g)3H2(g) CH4(g)H2O(g) H1=-206.2kJ/mol CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)H2 CO2 H2 反應生成 0.1mol CH4(g)和一定量的 H2O(g), 整個過程中放出的熱量為 16.5kJ, △H2__________。

2)為研究 CO2 CO 之間的轉(zhuǎn)化。讓一定量的 CO2 與足量碳在體積可變的密閉容器中反應:C(s)CO2(g)2CO(g) H 測得壓強、溫度對 CO 的體積分數(shù)(φ(CO))的影響如圖所示:

回答下列問題:

① p1p2、p3 的大小關(guān)系是__________,圖中 a、b、c 三點對應的平衡常數(shù)大小關(guān)系是__________(用 Ka、Kb、Kc 表示)。

② 900 ℃、1.013 MPa 時,1 mol CO2 與足量碳反應達平衡后容器的體積為VL,CO2 的轉(zhuǎn)化率為__________,(保留一位小數(shù))該反應的平衡常數(shù) K__________。

中平衡體系溫度降至 640 ℃,壓強降至 0.1013 MPa,重新達到平衡后 CO2 的體積分數(shù)為 50%。條件改變時,正反應和逆反應速率如何變化?__________,二者之間有何關(guān)系?__________。

3CO2 可用于工業(yè)制備草酸鋅,其原理如下圖所示(電解液不參加反應),Zn 電極是__________極。已知在 Pb 電極區(qū)得到 ZnC2O4,則 Pb 電極上的電極反應式為__________

【答案】-41.2 kJ/mol p1p2p3 KaKbKc 66.7% mol/L 正反應和逆反應速率均減小 v()v() 2CO2+2e-=C2O42

【解析】

(1)一定條件下,在CO2與足量碳反應所得平衡體系中加入H2和適當催化劑,有下列反應發(fā)生:① CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)△H1=-206.2 kJ/mol;②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H2;若H2還原CO2生成0.1molCH4(g)和一定量的H2O(g),整個過程中放出的熱量為16.5kJ,則H2還原CO2生成1molCH4(g)和一定量的H2O(g),放出熱量為165kJ,該反應的熱化學方程式為:③CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)△H3=-165kJ/mol,根據(jù)蓋斯定律,①-③可得②,據(jù)此計算△H2;

(2)①反應C(s)+CO2(g)2CO(g)是氣體分子數(shù)增多的反應,隨著反應進行,體系壓強增大;化學平衡常數(shù)只隨溫度的改變而改變;

②900℃、1.013MPa時,平衡時CO的體積分數(shù)為80%,計算CO2轉(zhuǎn)化的量,轉(zhuǎn)化率就是轉(zhuǎn)化的量與起始量比值的百分數(shù),將各組分的平衡濃度代入平衡常數(shù)表達式計算化學平衡常數(shù);

③根據(jù)改變條件前后CO2的體積分數(shù)的變化判斷,根據(jù)反應商判斷化學反應的方向;

(3)Zn在陽極上失電子生成鋅離子,Pb電極上CO2得電子生成C2O42-。

(1)一定條件下,在CO2與足量碳反應所得平衡體系中加入H2和適當催化劑,有下列反應發(fā)生:①CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)△H1=-206.2 kJ/mol;②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H2;若H2還原CO2生成0.1molCH4(g)和一定量的H2O(g),整個過程中放出的熱量為16.5kJ,則H2還原CO2生成1molCH4(g)和一定量的H2O(g),放出熱量為165kJ,該反應的熱化學方程式為:③CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)△H3=-165kJ/mol,根據(jù)蓋斯定律,①-③可得②:②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H2=(206.2 kJ/mol)(165kJ/mol)=41.2kJ/mol;

故答案為:41.2kJ/mol;

(2)①反應C(s)+CO2(g)2CO(g)是氣體分子數(shù)增多的反應,隨著反應進行,體系壓強增大,減小壓強有助于化學平衡正向移動,表明低壓強對應著高的CO體積分數(shù),則p1、p2p3的大小關(guān)系是:p1<p2<p3;化學平衡常數(shù)只隨溫度的改變而改變,升高溫度,正反應趨勢增大,化學平衡常數(shù)增大,則a、bc三點對應的平衡常數(shù)大小關(guān)系是:Ka=Kb<Kc;

故答案為:p1<p2<p3Ka=Kb<Kc;

②900℃、1.013MPa時,設(shè)反應轉(zhuǎn)化的CO2的物質(zhì)的量為xmol,則平衡時n(CO)=2x,n(CO2)=1x,平衡時CO的體積分數(shù)為80%,則×100%=80%,解得:x=2/3,則CO2的轉(zhuǎn)化率為:2/3mol/1mol×100%=66.7%;平衡時,c(CO)= =,c(CO2)= =,則該反應的平衡常數(shù)K= =mol/L;

故答案為:66.7%;mol/L;

③反應C(s)+CO2(g)2CO(g)是吸熱反應,氣體分子數(shù)增大的反應,降低壓強,升高溫度均有利于反應正向進行,將(2)中平衡體系溫度降至640℃,壓強降至0.1013 MPa,降低溫度減小壓強,均使正逆反應速率減;重新達到平衡后CO2的體積分數(shù)為50%,設(shè)反應轉(zhuǎn)化的CO2的物質(zhì)的量為ymol,則平衡時n(CO2)=1y,n(CO)=2y,則:=50%,可得y=,可見重新達到平衡時,體系中CO含量降低,CO2含量升高,化學平衡向逆反應方向移動,所以v(逆)>v(正);

故答案為:正逆反應速率均減;>;

(3)利用電化學還原CO2制取ZnC2O4,則Zn失電子,所以Zn在陽極上失電子生成鋅離子,即鋅與正極相連為陽極;Pb電極上CO2得電子生成C2O42,則其電極反應為:2CO2+2e=C2O42-;

故答案為:陽;;2CO2+2e-=C2O42-。

練習冊系列答案
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;;;

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(1)由于O2和H2O(g)的存在對該實驗有較大影響,實驗中應通入氣體X作為保護氣,試管中的固體藥品可選用________(填序號)。

a.石灰石   b.鋅!  .純堿

(2)實驗開始時,必須先通一段時間X氣體,再加熱反應物,其理由是 ___________________________;當反應引發(fā)后,移走酒精燈,反應能繼續(xù)進行,其原因是______________________。

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1)寫出物質(zhì)X的化學式:__。

2)寫出下列變化的化學方程式:

A→D___

G→E___;

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3)實驗室里,常用加熱固體混合物的方法制取氣體C,請寫出化學方程式:___。

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