Question

4．研究碳及其化合物的性质对于科研、生产生活具有重要意义．
（1）将1.8g木炭置于2.24L（标准状况）氧气中充分燃烧，至反应物耗尽，测得放出热量30.65kJ，则反应过程中共转移电子0.4mol．已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-392.0kJ．mol^-1综合上述信息，请写出CO完全燃烧的热化学方程式2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-563KJ/mol．
（2）CO可以合成工业用洁净燃料甲醇，反应为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．T₀℃时，向容积均为50mL密闭容器甲、乙中分别加入1mol CO和2mol H₂，发生上述反应，其中乙为绝热容器，反应过程中测得甲容器内压强随时间变化曲线如图所示：
①下列描述中能说明甲容器中的反应达平衡状态的是bd（填序号）．
a．2v_正（H₂）═v_逆（CH₃OH）
b．CO与CH₃OH的体积比不再改变
c．化学平衡常数K的值不再变化
d．CO、H₂、CH₃OH的浓度均不再变化
②0～8分钟内，甲中v（H₂）=2.5mol•L^-1•min^-1；达到平衡后，甲中CO的转化率大于（填写“大于”、“小于”或“等于”）乙中CO的转化率．

Answer 1

分析 （1）n（C）=$\frac{1.8g}{12g/mol}$=0.15mol，n（O₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，结合反应C+O₂=CO₂，2C+O₂=2CO定量关系分析判断反应生成的产物，n（C）：n（O₂）=0.15：0.1=3：2，所以生成气体为CO和CO₂的混合气体，碳和氧气全部反应，电子转移可以依据反应的氧气计算得到，利用直平法写出反应的热化学方程式为：1.8g木炭置于2.24L（标准状况）氧气中充分燃烧，至反应物耗尽，测得放出热量30.65kJ，3molC全部反应放热30.65KJ/mol×20=613KJ/mol；
3C（s）+2O₂（g）=2CO（g）+CO₂（g）△H=-30.65KJ/mol×20=613KJ/mol，
根据C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-392.0kJ．mol^-1，结合盖斯定律计算得到CO完全燃烧生成二氧化碳的热化学方程式；
（2）①化学平衡的标志是正逆反应速率相同个组分含量保持不变，原则是“变量不变”分析选项；
②反应速率V=$\frac{△c}{△t}$计算得到，依据乙为绝热容器，反应是放热反应，温度升高平衡逆向进行分析；甲中气体压强之比等于气体物质的量之比，结合化学平衡三段式列式计算反应速率，图象分析可知0～8分钟内，气体压强之比等于气体物质的量之比，则平衡后气体物质的量，$\frac{12.3}{8.2}$=$\frac{3}{n}$，n=2mol
设反应一氧化碳物质的量为x
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 1       2            0
变化量（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，结合反应C+O₂=CO₂，2C+O₂=2CO定量关系分析判断反应生成的产物，n（C）：n（O₂）=0.15：0.1=3：2，所以生成气体为CO和CO₂的混合气体，碳和氧气全部反应，电子转移可以依据反应的氧气计算得到电子转移=0.1mol×4=0.4mol，1.8g木炭置于2.24L（标准状况）氧气中充分燃烧，至反应物耗尽，测得放出热量30.65kJ，3molC全部反应放热30.65KJ/mol×20=613KJ/mol；
反应的热化学方程式为：
①3C（s）+2O₂（g）=2CO（g）+CO₂（g）△H=-613KJ/mol
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-392.0kJ．mol^-1，
结合盖斯定律计算，②×3-①得到CO完全燃烧生成二氧化碳的热化学方程式；
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-563KJ/mol；
故答案为：0.4，2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-563KJ/mol；
（2）①化学平衡的标志是正逆反应速率相同个组分含量保持不变，原则是变量不变分析选项；CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反应是气体体积减小放热放热反应；
a．当v_正（H₂）=2v_逆（CH₃OH）时，说明甲醇的正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，2v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH），不能说明反应达到平衡状态，故a错误； 
b．CO与CH₃OH的体积比不再改变，说明物质的量之比不变，能说明反应达到平衡状态，故b正确；
c．化学平衡常数K的值不再变化，不能说明反应达到平衡状态，故c错误；
d．CO、H₂、CH₃OH的浓度均不再变化是平衡的标志，故d正确．
故答案为：bd；
②反应速率V=$\frac{△c}{△t}$计算得到，图象分析可知0～8分钟内，气体压强之比等于气体物质的量之比，则平衡后气体物质的量，$\frac{12.3}{8.2}$=$\frac{3}{n}$，n=2mol
设反应一氧化碳物质的量为x
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 1       2            0
变化量（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，依据乙为绝热容器，反应是放热反应，温度升高平衡逆向进行，所以甲中一氧化碳转化率大于乙中一氧化碳转化率，
故答案为：2.5；大于．

点评 本题考查了化学平衡的计算分析，平衡影响因素分析判断，注意容器特征和平衡移动原理的理解应用，掌握基础是关键，题目难度中等．