Question

4．研究碳及其化合物的性質對于科研、生產生活具有重要意義．
（1）將1.8g木炭置于2.24L（標準狀況）氧氣中充分燃燒，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2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-563KJ/mol．
（2）CO可以合成工業用潔凈燃料甲醇，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，發生上述反應，其中乙為絕熱容器，反應過程中測得甲容器內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K的值不再變化
d．CO、H₂、CH₃OH的濃度均不再變化
②0～8分鐘內，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）n（C）=$\frac{1.8g}{12g/mol}$=0.15mol，n（O₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，結合反應C+O₂=CO₂，2C+O₂=2CO定量關系分析判斷反應生成的產物，n（C）：n（O₂）=0.15：0.1=3：2，所以生成氣體為CO和CO₂的混合氣體，碳和氧氣全部反應，電子轉移可以依據反應的氧氣計算得到，利用直平法寫出反應的熱化學方程式為：1.8g木炭置于2.24L（標準狀況）氧氣中充分燃燒，至反應物耗盡，測得放出熱量30.65kJ，3molC全部反應放熱30.65KJ/mol×20=613KJ/mol；
3C（s）+2O₂（g）=2CO（g）+CO₂（g）△H=-30.65KJ/mol×20=613KJ/mol，
根據C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-392.0kJ．mol^-1，結合蓋斯定律計算得到CO完全燃燒生成二氧化碳的熱化學方程式；
（2）①化學平衡的標志是正逆反應速率相同個組分含量保持不變，原則是“變量不變”分析選項；
②反應速率V=$\frac{△c}{△t}$計算得到，依據乙為絕熱容器，反應是放熱反應，溫度升高平衡逆向進行分析；甲中氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，結合化學平衡三段式列式計算反應速率，圖象分析可知0～8分鐘內，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，則平衡后氣體物質的量，$\frac{12.3}{8.2}$=$\frac{3}{n}$，n=2mol
設反應一氧化碳物質的量為x
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 1       2            0
變化量（mol） x       2x          x
平衡量（mol）1-x    2-2x          x
1-x+2-2x+x=2
x=0.5mol．

解答 解：（1）n（C）=$\frac{1.8g}{12g/mol}$=0.15mol，n（O₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，結合反應C+O₂=CO₂，2C+O₂=2CO定量關系分析判斷反應生成的產物，n（C）：n（O₂）=0.15：0.1=3：2，所以生成氣體為CO和CO₂的混合氣體，碳和氧氣全部反應，電子轉移可以依據反應的氧氣計算得到電子轉移=0.1mol×4=0.4mol，1.8g木炭置于2.24L（標準狀況）氧氣中充分燃燒，至反應物耗盡，測得放出熱量30.65kJ，3molC全部反應放熱30.65KJ/mol×20=613KJ/mol；
反應的熱化學方程式為：
①3C（s）+2O₂（g）=2CO（g）+CO₂（g）△H=-613KJ/mol
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-392.0kJ．mol^-1，
結合蓋斯定律計算，②×3-①得到CO完全燃燒生成二氧化碳的熱化學方程式；
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-563KJ/mol；
故答案為：0.4，2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-563KJ/mol；
（2）①化學平衡的標志是正逆反應速率相同個組分含量保持不變，原則是變量不變分析選項；CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反應是氣體體積減小放熱放熱反應；
a．當v_正（H₂）=2v_逆（CH₃OH）時，說明甲醇的正逆反應速率相同，反應達到平衡狀態，2v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH），不能說明反應達到平衡狀態，故a錯誤； 
b．CO與CH₃OH的體積比不再改變，說明物質的量之比不變，能說明反應達到平衡狀態，故b正確；
c．化學平衡常數K的值不再變化，不能說明反應達到平衡狀態，故c錯誤；
d．CO、H₂、CH₃OH的濃度均不再變化是平衡的標志，故d正確．
故答案為：bd；
②反應速率V=$\frac{△c}{△t}$計算得到，圖象分析可知0～8分鐘內，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，則平衡后氣體物質的量，$\frac{12.3}{8.2}$=$\frac{3}{n}$，n=2mol
設反應一氧化碳物質的量為x
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 1       2            0
變化量（mol） x       2x          x
平衡量（mol）1-x    2-2x          x
1-x+2-2x+x=2
x=0.5mol
甲中的v（H₂）=$\frac{\frac{0.5mol×2}{0.05L}}{8min}$=2.5mol/L•min，依據乙為絕熱容器，反應是放熱反應，溫度升高平衡逆向進行，所以甲中一氧化碳轉化率大于乙中一氧化碳轉化率，
故答案為：2.5；大于．

點評 本題考查了化學平衡的計算分析，平衡影響因素分析判斷，注意容器特征和平衡移動原理的理解應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．