Question

【題目】研究CO2的利用對促進低碳社會的構建具有重要意義。

(1)一定條件下，在CO2與足量碳反應所得平衡體系中加入H2和適當催化劑，有下列反應發生：

CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) H1＝-206.2 kJ/mol

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) H2

若CO2還原H2生成0.1molCH4(g)和一定量的H2O(g)，整個過程中放出的熱量為16.5kJ，則△H2=____________。

(2)為研究CO2與CO之間的轉化。讓一定量的CO2與足量碳在體積可變的密閉容器中反應：C(s)＋CO2(g)2CO(g) H，測得壓強、溫度對CO的體積分數(φ(CO)％)的影響如圖所示：

回答下列問題：

①p1、p2、p3的大小關系是______________，圖中a、b、c三點對應的平衡常數大小關系是____________。

②900℃、1.013MPa時，1molCO2與足量碳反應達平衡后容器的體積為VL，CO2的轉化率為_____________，(保留一位小數)該反應的平衡常數K＝_________。

③將②中平衡體系溫度降至640℃，壓強降至0.1013MPa，重新達到平衡后CO2的體積分數為50%。條件改變時，正反應和逆反應速率如何變化？_______________________________，二者之間有何關系？________________________。

(3)CO2可用于工業制備草酸鋅，其原理如圖所示(電解液不參加反應)，Zn電極是_____極。已知在Pb電極區得到ZnC2O4，則Pb電極上的電極反應式為______________。

Answer 1

【答案】-41.2 kJ/mol p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7% 16/3Vmol/L 正反應和逆反應速率均減小 v(正)＜v(逆) 陽 2CO2+2e-=C2O42-

【解析】

(1) 若CO2還原H2生成0.1mol CH4(g)和一定量的H2O(g)，整個過程中放出的熱量為16.5kJ，可得反應③CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) H3＝-165.0 kJ/mol；

①CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) H1＝-206.2 kJ/mol

根據蓋斯定律，由①-③得反應CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 則△H2=H1-H3＝-206.2 kJ/mol+165.0 kJ/mol=-41.2 kJ/mol；

（2）①正反應是體積增大的可逆反應，增大壓強CO的含量降低。根據圖像可知在溫度相等時p1對應的CO含量最高，則p1、p2、p3的大小關系是p1＜p2＜p3。升高溫度CO含量升高，說明正反應是吸熱反應。平衡常數只與溫度有關系，升高溫度平衡右移，平衡常數增大，則圖中a、b、c三點對應的平衡常數大小關系是Ka＝Kb＜Kc；

②900 ℃、1.013 MPa時CO的含量是80%，則

C(s)＋CO2(g) 2CO(g)

起始量（mol） 1 0

轉化量（mol） x 2x

平衡量（mol） 1－x 2x

因此，解得x＝，則CO2的轉化率為66.7%；

反應的平衡常數K==；

③平衡體系溫度降至640 ℃，壓強降至0.1013 MPa，重新達到平衡后CO2的體積分數為50%，說明平衡向逆反應方向進行，則v(正)＜v(逆)；

（3）此裝置是電解池，電極的名稱為陰陽兩極，根據信息，Zn失電子，因此鋅作陽極，在Pb上生成ZnC2O4，因此陰極電極反應式為2CO2+2e-=C2O42-。