Question

【題目】CO是重要的燃料和工業原料。目前，對CO的綜合利用是科學家研究的熱點。回答下列問題：

Ⅰ．工業制備CO的方法之一是甲烷氧化法。

已知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-802 kJ/mol

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484 kJ/mol

③2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-330 kJ/mol

（1）反應2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g),△H=_________kJ/mol。

Ⅱ．CO也是制備AlCl3的副產品

制備AlCl3的原理為：2Al2O3(s)+6Cl2(g) 4AlCl3(g)+3O2(g) △H1

（2）已知該反應在較低溫度下不能自發進行，則△H1_____0（填“>”“<”或“=”）

（3）制備AlCl3的實際生產過程中，常加入足量的碳粉，同時生成CO(g)。T1℃時，向恒容的密閉容器中加入5molAl2O3(s)、14molC(s)和6.4molCl2(g)發生反應。Cl2(g)的濃度變化如圖（a）所示；圖b為20min后改變容器中條件，平衡體系的反應速率（）隨時間（t）的變化關系，且四個階段都各改變一種不同條件（該條件下制得的AlCl3為固態）。

①容器中發生反應的化學方程式為______________________________。

②0～15min內，用CO表示的該反應平均速率=__________mol/（Lmin）

③T1℃時，該反應的平衡常數K=______________（不需帶單位）。

④40min時的平衡常數[K(40)]與15min時的平衡常數[K(15)]的大小關系：K(40)____K(15)（填“>”“<”或“=”）

⑤45min時，改變的條件為___________。

Answer 1

【答案】 -306 > Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO 0.02 3375 = 降低溫度

【解析】I．(1)①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJmol-1，②2H2(g)+O2(g)═2H2O(g) △H=-484kJmol-1，③2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)，△H=-330kJmol-1，根據蓋斯定律計算①×2-(②×2+③)得到2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g) △H1=-802kJ/mol×2-(-484kJ/mol×2-330kJ/mol) =-306kJ/mol，故答案為：-306kJ/mol；

Ⅱ．(2)制備A1C13的原理為2A12O3(s)+6C12(g)4A1C13(g)+3O2(g) △H2，已知該反應在較低溫度下不能自發進行，△H-T△S＞0，△S＞0，滿足△H-T△S＞0，△H＞0，故答案為：＞；

(3)①制備A1C13的原理為2A12O3(s)+6C12(g)4A1C13(g)+3O2(g)，制備A1Cl3的實際生產過程中，常加入足量的碳粉，同時生成CO(g)，結合原子守恒書寫化學方程式為：A12O3+3C+3C122A1C13+3CO，故答案為：A12O3+3C+3C122A1C13+3CO；

②0～15min內氯氣反應的物質的量濃度=0.32mol/L-0.02mol/L=0.3mol/L，生成CO物質的量濃度為0.3mol/L，一氧化碳反應速率v(CO)= ==0.02mol/(Lmin)，故答案為：0.02；

③圖2可知20min、25min時的改變條件分別為加入催化劑、增大壓強，平衡均未移動，推知該條件下AlCl3為固體或液體，平衡時c(CO)=0.3mol/L，c(Cl2)=0.02mol/L，K= ==3375，故答案為：3375；

④根據圖2可知40min前未改變溫度，平衡常數只隨溫度變化，則K(40)=K(15)，故答案為：=；

⑤根據圖2可知20min、25min時的改變條件分別為加入催化劑、增大壓強，平衡均未移動，四個階段都各改變一種不同的條件，結合圖像變化和③分析得到45min時正逆反應速率都減小，說明改變的是降低溫度，故答案為：降低溫度。