Question

【题目】研究 CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。

（1）一定条件下，在 CO2 与足量碳反应所得平衡体系中加入 H2 和适当催化剂，有下列反应发生：CO(g)＋3H2(g) CH4(g)＋H2O(g) H1＝－206.2kJ/mol ；CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)H2若 CO2 和 H2 反应生成 0.1mol CH4(g)和一定量的 H2O(g)， 整个过程中放出的热量为 16.5kJ， 则△H2＝__________。

（2）为研究 CO2 与 CO 之间的转化。让一定量的 CO2 与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g) H。 测得压强、温度对 CO 的体积分数(φ(CO)％)的影响如图所示：

回答下列问题：

① p1、p2、p3 的大小关系是__________，图中 a、b、c 三点对应的平衡常数大小关系是__________（用 Ka、Kb、Kc 表示）。

② 900 ℃、1.013 MPa 时，1 mol CO2 与足量碳反应达平衡后容器的体积为VL，CO2 的转化率为__________，（保留一位小数）该反应的平衡常数 K＝__________。

③将②中平衡体系温度降至 640 ℃，压强降至 0.1013 MPa，重新达到平衡后 CO2 的体积分数为 50%。条件改变时，正反应和逆反应速率如何变化？__________，二者之间有何关系？__________。

（3）CO2 可用于工业制备草酸锌，其原理如下图所示（电解液不参加反应），Zn 电极是__________极。已知在 Pb 电极区得到 ZnC2O4，则 Pb 电极上的电极反应式为__________。

Answer 1

【答案】-41.2 kJ/mol p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7% mol/L 正反应和逆反应速率均减小 v(正)＜v(逆) 阳 2CO2+2e-=C2O42－

【解析】

（1）一定条件下，在CO2与足量碳反应所得平衡体系中加入H2和适当催化剂，有下列反应发生：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还原CO2生成0.1molCH4（g）和一定量的H2O（g），整个过程中放出的热量为16.5kJ，则H2还原CO2生成1molCH4（g）和一定量的H2O（g），放出热量为165kJ，该反应的热化学方程式为：③CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（g）△H3=-165kJ/mol，根据盖斯定律，①-③可得②，据此计算△H2；

（2）①反应C（s）+CO2（g）2CO（g）是气体分子数增多的反应，随着反应进行，体系压强增大；化学平衡常数只随温度的改变而改变；

②900℃、1.013MPa时，平衡时CO的体积分数为80%，计算CO2转化的量，转化率就是转化的量与起始量比值的百分数，将各组分的平衡浓度代入平衡常数表达式计算化学平衡常数；

③根据改变条件前后CO2的体积分数的变化判断，根据反应商判断化学反应的方向；

（3）Zn在阳极上失电子生成锌离子，Pb电极上CO2得电子生成C2O42-。

(1)一定条件下,在CO2与足量碳反应所得平衡体系中加入H2和适当催化剂，有下列反应发生：①CO（g）+3H2（g）CH4（g）+H2O（g）△H1=-206.2 kJ/mol；②CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H2；若H2还原CO2生成0.1molCH4（g）和一定量的H2O（g），整个过程中放出的热量为16.5kJ，则H2还原CO2生成1molCH4（g）和一定量的H2O（g），放出热量为165kJ，该反应的热化学方程式为：③CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（g）△H3=-165kJ/mol，根据盖斯定律，①-③可得②：②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H2=(206.2 kJ/mol)(165kJ/mol)=41.2kJ/mol；

故答案为：41.2kJ/mol；

(2)①反应C(s)+CO2(g)2CO(g)是气体分子数增多的反应，随着反应进行，体系压强增大，减小压强有助于化学平衡正向移动，表明低压强对应着高的CO体积分数，则p1、p2、p3的大小关系是：p1<p2<p3；化学平衡常数只随温度的改变而改变，升高温度，正反应趋势增大，化学平衡常数增大，则a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是：Ka=Kb<Kc；

故答案为：p1<p2<p3；Ka=Kb<Kc；

②900℃、1.013MPa时，设反应转化的CO2的物质的量为xmol，则平衡时n(CO)=2x，n(CO2)=1x，平衡时CO的体积分数为80%，则×100%=80%，解得：x=2/3，则CO2的转化率为：2/3mol/1mol×100%=66.7%；平衡时，c(CO)= =，c(CO2)= =，则该反应的平衡常数K= =mol/L；

故答案为：66.7%；mol/L；

③反应C(s)+CO2(g)2CO(g)是吸热反应，气体分子数增大的反应，降低压强，升高温度均有利于反应正向进行，将(2)中平衡体系温度降至640℃，压强降至0.1013 MPa，降低温度减小压强，均使正逆反应速率减小；重新达到平衡后CO2的体积分数为50%，设反应转化的CO2的物质的量为ymol，则平衡时n(CO2)=1y，n(CO)=2y，则：=50%，可得y=，可见重新达到平衡时，体系中CO含量降低，CO2含量升高，化学平衡向逆反应方向移动，所以v(逆)>v(正)；

故答案为：正逆反应速率均减小；>；

(3)利用电化学还原CO2制取ZnC2O4，则Zn失电子，所以Zn在阳极上失电子生成锌离子，即锌与正极相连为阳极；Pb电极上CO2得电子生成C2O42，则其电极反应为：2CO2+2e=C2O42-；

故答案为：阳;；2CO2+2e-=C2O42－。