Question

17．碳的化合物與人類生產(chǎn)、生活密切相關(guān)．
（1）在一恒溫、恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：Ni（s）+4CO（g）$?_{180℃-200℃}^{50-80℃}$Ni（CO）₄（g）．利用該反應(yīng)可以將粗鎳轉(zhuǎn)化為純度達99.9%的高純鎳．對該反應(yīng)的說法正確的是CD（填字母編號）．
A．把溫度由80℃升高到180℃，正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大
B．反應(yīng)達到平衡后，充入Ni（CO）₄（g）再次達到平衡時，$\frac{n[Ni（CO）_{4}]}{{n}^{4}（CO）}$減小
C．反應(yīng)達到平衡后，充入CO再次達到平衡時，CO的體積分數(shù)降低
D．當容器中混合氣體密度不變時，可說明反應(yīng)已達化學(xué)平衡狀態(tài)
（2）圖1所示的直形石英玻璃封管中充有CO氣體，在溫度為T₁的一端放置不純的鎳（Ni）粉，Ni粉中的雜質(zhì)不與CO（g）發(fā)生反應(yīng)．在溫度為T₂的一端得到了純凈的高純鎳，則溫度T₁＜T₂（填“＞”“＜”或“=”）．上述反應(yīng)體系中循環(huán)使用的物質(zhì)是CO．
（3）甲醇是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用CO和H₂合成甲醇（催化劑為Cu₂O/ZnO）：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1．若在溫度、容積相同的3個密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	1mol CO、 2mol H2	1mol CH3OH	2mol CO、 4mol H2
CH3OH的濃度/mol•L-1	c1	c2	c3
反應(yīng)的能量變化	放出Q1kJ	吸收Q2kJ	放出Q3kJ
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3

下列說法正確的是ac．
a．c₁=c₂　　　　　　　b.2Q₁=Q₃    c．Q₁+Q₂=90.8     d．α₂+α₃＜100%
（4）據(jù)研究，上述（3）中合成甲醇反應(yīng)過程中起催化作用的為Cu₂O，反應(yīng)體系中含少量CO₂有利于維持催化劑Cu₂O的量不變，原因是Cu₂O+CO?2Cu+CO₂（用化學(xué)方程式表示）．
（5）已知在常溫常壓下：甲醇的燃燒熱為725.8kJ•mol^-1，CO的燃燒熱為283kJ•mol^-1，H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1．寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和水蒸氣的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（g）△H=-354.8kJ•mol^-1．

（6）金屬氧化物可被一氧化碳還原生成金屬單質(zhì)和二氧化碳．如圖2是四種金屬氧化物（Cr₂O₃、SnO^-1、PbO₂、Cu₂O）被一氧化碳還原時lg$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$與溫度（t）的關(guān)系曲線圖．四個反應(yīng)中屬于吸熱反應(yīng)的是Cr₂O₃、SnO₂（填金屬氧化物的化學(xué)式），在700℃用一氧化碳還原Cr₂O₃時，若反應(yīng)方程式化學(xué)計量數(shù)為最簡整數(shù)比，該反應(yīng)的平衡常數(shù)（K）數(shù)值等于10^-12．

Answer 1

分析 （1）對于可逆反應(yīng)，升高溫度，正逆反應(yīng)速率均加快，$\frac{n[Ni（CO）_{4}]}{{n}^{4}（CO）}$=K（平衡常數(shù)），因此溫度不變，比值不變，反應(yīng)達到平衡后，充入CO再次達到平衡時，相當于增大壓強，平衡右移，CO的體積分數(shù)降低，Ni與CO反應(yīng)，隨反應(yīng)的進行，氣體質(zhì)量增大，直到反應(yīng)達到平衡，質(zhì)量才不發(fā)生變化，根據(jù)公式ρ=m/V，容器容積V不變，密度ρ不變時，說明質(zhì)量m不再變化，反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)；
（2）根據(jù)上述反應(yīng)，在50～80℃，Ni與CO化合生成Ni（CO）₄，在180～200℃分解生成Ni和CO，因此T₁＜T₂，反應(yīng)中CO可循環(huán)利用；
（3）根據(jù)反應(yīng)特點可以確定，甲和乙可建立相同平衡狀態(tài)，因此平衡時：c₁=c₂，Q₁+Q₂=90.8，α₁+α₂=100%．比較甲和丙，開始時丙中CO和H₂濃度均為甲的2倍，相對于甲，丙相當于加壓．假設(shè)甲和丙建立相同的平衡狀態(tài)，則丙中放熱是甲中的2倍，但加壓平衡右移，因此Q₃＞2Q₁，α₃＞α₁，因此α₂+α₃＞100%；
（4）反應(yīng)中含有CO，CO會還原Cu₂O，加入少量CO₂，可使CO還原Cu₂O反應(yīng)逆向移動，保持Cu₂O的量不變，反應(yīng)為Cu₂O+CO?2Cu+CO₂；
（5）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和水蒸氣的反應(yīng)為CH₃OH+O₂═CO+2H₂O．根據(jù)蓋斯定律計算；
（6）用CO還原金屬氧化物，反應(yīng)的平衡常數(shù)K均可表示為$[\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}]^{n}$，n＞0，因此lg$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$越小，則平衡常數(shù)越大．對于CO還原Cr₂O3和SnO₂，溫度升高lg$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$減小，則平衡常數(shù)增大，平衡正向移動，因此這兩個反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，對于CO還原PbO₂和Cu₂O的反應(yīng)為放熱反應(yīng)．

解答 解：（1）對于可逆反應(yīng)，升高溫度，正逆反應(yīng)速率均加快，A錯誤．$\frac{n[Ni（CO）_{4}]}{{n}^{4}（CO）}$=K（平衡常數(shù)），因此溫度不變，比值不變，B錯誤．反應(yīng)達到平衡后，充入CO再次達到平衡時，相當于增大壓強，平衡右移，CO的體積分數(shù)降低，C正確．Ni與CO反應(yīng)，隨反應(yīng)的進行，氣體質(zhì)量增大，直到反應(yīng)達到平衡，質(zhì)量才不發(fā)生變化，根據(jù)公式ρ=m/V，容器容積V不變，密度ρ不變時，說明質(zhì)量m不再變化，反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)，D正確；
故選CD；
（2）根據(jù)上述反應(yīng)，在50～80℃，Ni與CO化合生成Ni（CO）₄，在180～200℃分解生成Ni和CO，因此T₁＜T₂，反應(yīng)中CO可循環(huán)利用；
故答案為：＜；CO；
（3）根據(jù)反應(yīng)特點可以確定，甲和乙可建立相同平衡狀態(tài)，因此平衡時：c₁=c₂，a正確；Q₁+Q₂=90.8，c正確；α₁+α₂=100%．比較甲和丙，開始時丙中CO和H₂濃度均為甲的2倍，相對于甲，丙相當于加壓．假設(shè)甲和丙建立相同的平衡狀態(tài)，則丙中放熱是甲中的2倍，但加壓平衡右移，因此Q₃＞2Q₁，b錯誤；α₃＞α₁，因此α₂+α₃＞100%，d錯誤；
故答案為：ac；
（4）反應(yīng)中含有CO，CO會還原Cu₂O，加入少量CO₂，可使CO還原Cu₂O反應(yīng)逆向移動，保持Cu₂O的量不變，反應(yīng)為Cu₂O+CO?2Cu+CO₂；
故答案為：Cu₂O+CO?2Cu+CO₂；
（5）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和水蒸氣的反應(yīng)為CH₃OH+O₂═CO+2H₂O．根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（g）的△H=-725.8 kJ•mol^-1-
（-283 kJ•mol-1）-2×（-44.0 kJ•mol-1）=-354.8 kJ•mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（g）△H=-354.8 kJ•mol^-1；
（6）用CO還原金屬氧化物，反應(yīng)的平衡常數(shù)K均可表示為$[\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}]^{n}$，n＞0，因此lg$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$越小，則平衡常數(shù)越大．對于CO還原Cr₂O3和SnO₂，溫度升高lg$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$減小，則平衡常數(shù)增大，平衡正向移動，因此這兩個反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，對于CO還原PbO₂和Cu₂O的反應(yīng)為放熱反應(yīng)；一氧化碳還原Cr₂O₃的反應(yīng)為3CO（g）+Cr₂O₃（s）?2Cr（s）+3CO₂（g），在700℃用一氧化碳還原Cr₂O₃時，lg$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=4，$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=10^-4，K=（10^-4）³=10^-12；
故答案為：Cr₂O₃、SnO₂；10^-12．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡影響因素的分析判斷，反應(yīng)速率的計算應(yīng)用，為高頻考點，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計算能力的考查，平衡移動原理的應(yīng)用是解題關(guān)鍵，依據(jù)反應(yīng)特征設(shè)計制備過程是解題關(guān)鍵，題目難度較大．