Question

14．一氧化碳是一種用途十分廣泛的化工基礎(chǔ)原料．
（1）在高溫下一氧化碳可將二氧化硫還原為單質(zhì)硫．已知：
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₁=-393.5kJ•mol^-1
CO₂（g）+C（s）=2CO（g）；△H₂=+172.5kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H₃=-296.0kJ•mol^-1
請寫出CO除SO₂的熱化學(xué)方程式2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）；△H=-270 kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上一般采用CO與H₂在一定條件下反應(yīng)合成甲醇，反應(yīng)為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）如下表：

溫度	250℃	300℃	350℃
A	2.041	0.250	0.012

①某溫度下，將2molCO（g）和6molH₂（g）充入2L密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時測得c（CO）=0.5mol/L，則CO（g）的轉(zhuǎn)化率為50%，此時的溫度為300℃．
②在恒容條件下，要提高CO（g）的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施有DE（填字母序號）．
A、升高溫度        B、加入催化劑      C、增加CO（g）的濃度
D、充入H₂（g）加壓E、分離出甲醇  F、充入稀有氣體加壓
③實際生產(chǎn)過程中，合成氣要進(jìn)行循環(huán)，其目的是提高原料利用率．
（3）如圖甲是--碳酸鹽燃料電池，它以CO為燃料，一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃熔融混合物為電解質(zhì)；圖乙是粗銅精煉的裝置圖，現(xiàn)用燃料電池為電源進(jìn)行粗銅的精煉實驗．
請回答下列問題：
①寫出A極發(fā)生的電極反應(yīng)式CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂．
②要進(jìn)行粗銅的精煉實驗時，則B極應(yīng)與D極（填“C”或“D”）相連．
③當(dāng)消耗2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下） CO時，粗銅電極理論上減少銅的質(zhì)量小于（填“大于”、“等于”或“小于”）6.4g．

Answer 1

分析 （1）已知：①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ/mol
 ②CO₂（g）+C（s）=2CO（g）△H₂=172.5kJ/mol
 ③S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₃=-296.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-②-③得到反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=△H₁-△H₂-△H₃；
（2）①利用三段式法計算出平衡濃度，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積，結(jié)合平衡常數(shù)大小判斷反應(yīng)的溫度；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化可知，溫度升高，平衡常數(shù)減小說明反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在恒容條件下，要提高CO（g）的轉(zhuǎn)化率，可以改變條件使平衡正向進(jìn)行，注意若只增大CO濃度，平衡向正反應(yīng)移動，CO的轉(zhuǎn)化率降低；
③合成氣進(jìn)行循環(huán)，可以提高原料利用率；
（3）根據(jù)CO具有還原性，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂，結(jié)合電解質(zhì)書寫電極反應(yīng)式；根據(jù)A為負(fù)極，B為正極，粗銅精煉時，粗銅作陽極，與電源的正極相連；根據(jù)電子得失守恒以及粗銅中除了銅失去電子還有其他金屬失去電子；
①根據(jù)CO具有還原性，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂，結(jié)合電解質(zhì)書寫電極反應(yīng)式；
②根據(jù)A為負(fù)極，B為正極，粗銅精煉時，粗銅作陽極，與電源的正極相連；
③根據(jù)電子得失守恒以及精銅中銅離子得到電子的電極反應(yīng)來計算，粗銅做陽極含有鋅、鐵、鎳、金、銀等，結(jié)合電子守恒分析．

解答 解：（1）已知：①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ/mol
 ②CO₂（g）+C（s）=2CO（g）△H₂=172.5kJ/mol
 ③S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₃=-296.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-②-③得到反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=△H₁-△H₂-△H₃=-270 kJ•mol^-1，
故答案為：2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）；△H=-270 kJ•mol^-1；
（2）①某溫度下，將2molCO（g）和6molH₂（g）充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時c（CO）=0.5mol/L，
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始濃度（mol/L）  1       3        0        
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）  0.5     1        0.5     
平衡（mol/L）      0.5    2        0.5       
所以CO的轉(zhuǎn)化率α（CO）=$\frac{0.5mol/L}{1mol/L}$×100%=50%
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×{2}^{2}}$=0.25，
反應(yīng)的溫度接為300°C；
故答案為：50%；300°C；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化可知，溫度升高，平衡常數(shù)減小說明反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在恒容條件下，要提高CO（g）的轉(zhuǎn)化率，可以改變條件使平衡正向進(jìn)行；
A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率減小，故A錯誤；
B．加入催化劑，縮短到達(dá)平衡時間，平衡不移動，CO轉(zhuǎn)化率不變，故B錯誤；
C．增加CO的濃度，平衡向正反應(yīng)移動，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率減小，故C錯誤；
D．加入H₂加壓，平衡向正反應(yīng)移動，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
E．分離出甲醇，平衡向正反應(yīng)移動，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率增大，故E正確．
F．加入惰性氣體加壓，反應(yīng)混合物的濃度不變，變化不移動，故F錯誤；
故選：DE；
③生產(chǎn)過程中，合成氣要進(jìn)行循環(huán)，這樣可以提高原料利用率，符合經(jīng)濟(jì)效益；
故答案為：提高原料利用率；
（3）①CO具有還原性，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂，電極反應(yīng)式為：CO-2e^-+CO₃^2-═2CO₂，
故答案為：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂；
②因A為負(fù)極，B為正極，粗銅精煉時，粗銅作陽極，與電源的正極相連，
故答案為：D；
③當(dāng)消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24L CO時，電極反應(yīng)式：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂，失去電子為$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$×2=0.2mol，精銅電極電極反應(yīng)式：Cu²⁺+2e^-=Cu，由電子得失守恒可知Cu²⁺的物質(zhì)的量為0.1mol，精銅電極的質(zhì)量增加的質(zhì)量為：0.1mol×64g/mol=6.4g，粗銅做陽極，其中的銅、鋅、鎳等金屬失電子，粗銅電極理論上減少銅的質(zhì)量一定小于6.4g；
故答案為：小于．

點評 本題考查了學(xué)生熱化學(xué)方程式的書寫，化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡影響因素分析判斷，電解原理的分析應(yīng)用等有關(guān)知識，綜合性強(qiáng)，注意粗銅精煉的原理分析，難度中等．