Question

5．一定量的CO₂與足量的C在恒容密閉容器中發生反應：C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H．
回答下列問題：
（1）已知C和CO的燃燒熱分別為393KJ•mol^-1、283KJ•mol^-1，則上述反應的△H=+173KJ/mol．
（2）若反應進行到10s時，測得容器內的密度增大了2.4g•L^-1，則10s內用CO表示的平均反應速率為0.04mol/（L•s）．
（3）若將反應容器改為容積可變的恒壓密閉容器，壓強為ρkPa，平衡時體系中氣體體積分數與溫度的關系如圖所示．
①650℃時CO₂的平衡轉化率為25%．
②T₁℃的平衡常數K_p=0.5pka（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）；該溫度下達平衡后若再充入等物質的量的CO和CO₂氣體，則平衡不（填“正向”、“逆向”或“不”）移動，原因是Q_p=K_p．
③已知：K_p=K_c（RT）^△v，其中R=8.314L•kPa•mol^-1•K^-1，△v=氣態產物的化學計量數之和-氣態反應物的化學計量數之和．若該反應的$\frac{{K}_{p}}{{K}_{c}}$的值為9976.8，則此時的熱力學溫度為1200K．

Answer 1

分析 （1）燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩定氧化物放出的熱量，根據C和CO的燃燒熱書寫熱化學方程式，根據已知熱化學方程式構建目標方程式，根據蓋斯定律計算C（s）+CO₂（g）?2CO（g）的△H；
（2）根據差量法求出生成的CO的物質的量，然后根據V=$\frac{△n}{\frac{v}{△t}}$求出反應的速率；
（3）①由圖可知，650℃時，反應達平衡后CO的體積分數為40%，設開始加入的二氧化碳為1mol，根據三段式進行計算；
②反應前壓強為ρkPa，分壓=總壓×物質的量分數，根據反應后的物質的量分數計算T₁℃的平衡常數K_p，T₁℃時Q_p=K_p，平衡不移動；
③C（s）+CO₂（g）?2CO（g），△v=氣態產物的化學計量數之和-氣態反應物的化學計量數之和=1，根據K_p=K_c（RT）^△v，代入相關數據即可解得此時的熱力學溫度．

解答 解：（1）C和CO的燃燒熱分別為393KJ•mol^-1、283KJ•mol^-1，依據燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩定氧化物放出的熱量，反應的熱化學方程式分別為：
①C（s）+O₂（g）→CO₂（g）△H=-393KJ/mol，②2CO（g）+O₂（g）→2CO₂（g）△H=-566KJ/mol，將①-②得到C（s）+CO₂（g）?2CO（g），根據蓋斯定律
△H=（-393KJ/mol）-（-566KJ/mol）=+173KJ/mol，
故答案為：+173KJ/mol；
（2）假設體積為1L，測得容器內的密度增大了2.4g•L^-1，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△m
                                                                                     12            44            56                   12
                                                                                                                    m                    2.4g
$\frac{56}{m}=\frac{12}{2.4g}$     解得m=11.2g，n=$\frac{m}{M}$=$\frac{11.2g}{28g/mol}$=0.4mol，則10s內用CO表示的平均反應速率為V=$\frac{△n}{\frac{v}{△t}}$=$\frac{0.4mol}{\frac{1L}{10S}}$=0.04mol/（L•s），
故答案為：0.04mol/（L•s）；

（3）①由圖可知，650℃時，反應達平衡后CO的體積分數為40%，設開始加入的二氧化碳為1mol，轉化了xmol，
則有C（s）+CO₂（g）?2CO（g）
開始             1                 0
轉化              x                2x
平衡             1-x              2x
所以$\frac{2x}{1-x+2x}$×100%=40%，解得x=0.25mol，則CO₂的轉化率為：$\frac{0.25}{1}$×100%=25%，
故答案為：25%；
②若將反應容器改為容積可變的恒壓密閉容器，壓強為ρkPa，由圖可知，T₁℃時，反應達平衡后CO和CO₂的體積分數都為50%，分壓=總壓×物質的量分數，T₁℃時平衡K_p=0.5ρkPa，由圖可知，T₁℃時，反應達平衡后CO和CO₂的體積分數都為50%為平衡狀態，該溫度下達平衡后若再充入等物質的量的CO和CO₂氣體，Q_p=K_p，則平衡不移動，
故答案為：0.5pka；不；Q_p=K_p；
③C（s）+CO₂（g）?2CO（g），△v=氣態產物的化學計量數之和-氣態反應物的化學計量數之和=2-1=1，K_p=K_c（RT）^△v，其中R=8.314L•kPa•mol^-1•K^-1，$\frac{{K}_{p}}{{K}_{c}}$的值為9976.8，△v=1，分別代入得：K_p=$\frac{9976.8}{8.314}$=1200，
故答案為：1200．

點評 本題考查了化學平衡的計算、閱讀題目獲取信息的能力等，需要學生具備運用信息與基礎知識分析問題、解決問題的能力，題目難度中等，明確圖象曲線變化的含義為解答關鍵，注意掌握化學平衡及其影響因素，試題培養了學生的分析能力及靈活應用能力．