Question

【題目】碳在冶金工業(yè)上具有重要用途。已知氧與碳的反應(yīng)主要有：

Ⅰ.C(s)＋O2(g)CO2(g) △H1＝－394kJ·mol－1

Ⅱ.2C(s)＋O2(g)2CO(g) △H2＝－221kJ·mol－1

Ⅲ.2CO(g)＋O2(g)2CO2(g) △H3

上述反應(yīng)的△G～T如圖所示，且滿足△G＝△H－T△S。

請(qǐng)回答：

(1)曲線a代表反應(yīng)_________(填“I”、“II”或“III”)，理由是__________。

(2)研究發(fā)現(xiàn)，以CO2替代高溫水蒸氣作為煤氣化反應(yīng)(H2O與C反應(yīng))的氣化劑，實(shí)現(xiàn)了CO2零排放的新工藝。寫(xiě)出反應(yīng)IV的熱化學(xué)方程式___________(碳的計(jì)量數(shù)為1)。在1273K時(shí)，測(cè)得碳轉(zhuǎn)化率[α(C)]與時(shí)間t變化如圖所示。保持其它條件不變，請(qǐng)畫(huà)出1773K時(shí)α(C)～t關(guān)系圖______。

(3)當(dāng)T＝T1時(shí)，反應(yīng)IV處于平衡狀態(tài)，下列關(guān)于反應(yīng)IV的說(shuō)法正確的是_________。

A.因平衡時(shí)△G＝0，若△H變化173.3kJ·mol－1，△S變化173.3J·K－1·mol－1，計(jì)算得T1＝1000K

B.T＜T1時(shí)，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)

C.當(dāng)碳的濃度不再變化時(shí)，一定處于平衡狀態(tài)

D.因平衡常數(shù)K的值不再變化，反應(yīng)達(dá)到了平衡

(4)當(dāng)T＝1273K時(shí)，僅存在CO、CO2兩種氣體，且維持總壓為1 atm，此時(shí)反應(yīng)IV的Kp＝112，則CO氣體所占的分壓p(CO)為___________atm。(列式即可)

Answer 1

【答案】Ⅲ H3=-567kJ/mol，S＜0，由G=H-TS，曲線斜率為正值 C(s)+CO2(g)=2CO(g) H4=+173kJ/mol AB

【解析】

（1）曲線a是上升的，曲線斜率為正值，只有H＜0，S＜0符合。

（2）溫度升高，縮短了達(dá)到平衡的時(shí)間，反應(yīng)正向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率增加。

（3）根據(jù)△G＝H-TS＝0解答。

（4）由于體系中只存在2種氣體，設(shè)CO的分壓為x，則CO2的分壓為1-x，Kp=，解得x的值即可。

（1）上述三個(gè)反應(yīng)中，只有反應(yīng)ⅢH3＜0，S＜0，由G=H-TS，曲線斜率為正值，故本題答案為：Ⅲ；H3=-567 kJ/mol，S＜0，由G=H-TS，曲線斜率為正值。

（2）以CO2替代高溫水蒸氣作為煤氣化反應(yīng)的氣化劑，根據(jù)蓋斯定律可知方程式為：C(s)+CO2(g)=2CO(g)，H4=H2-H1=+173 kJ/mol。在1773K時(shí)，溫度升高，縮短了達(dá)到平衡的時(shí)間，反應(yīng)正向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率增加，所以圖像為：，故本題答案為：C(s)+CO2(g)=2CO(g) H4=+173kJ/mol；。

（3）A．因平衡時(shí)△G＝H-TS＝0，當(dāng)△H變化173.3kJ·mol－1，△S變化173.3J·K－1·mol－1時(shí)， T1＝=1000K，A正確；

B．該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度降低，逆向進(jìn)行，B正確；

C．碳是純固體，濃度看做1，不能作為化學(xué)平衡的判斷依據(jù)，C錯(cuò)誤；

D．當(dāng)溫度不變，改變濃度或壓強(qiáng)，化學(xué)平衡可能發(fā)生移動(dòng)，但平衡常數(shù)K的值不再變化，D錯(cuò)誤；

本題答案為：AB。

（4）當(dāng)T＝1273K時(shí)，僅存在CO、CO2兩種氣體，且維持總壓為1 atm，設(shè)CO的分壓為x，則CO2的分壓為1-x，Kp=，解得x=，故本題答案為：。