Question

【題目】發展“碳一化學”，開發利用我國豐富的煤炭資源具有重要的戰略意義和經濟價值。請回答下列問題：

(1)已知：常溫下C(s)的燃燒熱△H=-393.5 kJ·mol-1， S(s)的燃嬈熱△H=-296.0 kJ·mol-l ，CO2(g)+C(S)=2CO(g) △H=+172.5 kJ·mol-1，寫出一氧化碳將二氧化硫還原為單質硫的熱化學方程式：______

(2)在763 K、3.04×104 kPa時，用CO和H2做原料合成甲醇(CH3OH)，存在下列平衡：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。當原料中CO和H2的比例不同時，對CO的轉化率及平衡混合物中甲醇的體積分數都有影響。

①設H2和CO起始物質的量之比為m，平衡時CO的轉化率為α，平衡混合物中甲醇的體積分數為y，則m、α、y三者的關系式為y=___。

②根據表中提供的數據，可得出反應物的比例對CO的平衡轉化率以及平衡混合物中甲醇的體積分數影響的結論，選擇最佳反應物配比m=_______（填“l”、“2”或“3”），理由是_________。

(3)如圖是四種金屬氧化物被一氧化碳還原，反應達到平衡時lgc(CO)/c(CO2)與溫度(T)的關系曲線圖：

①8000C時，其中最易被還原的金屬氧化物是______（填化學式），該反應的平衡常數K=_______。

②CO2還原PbO2的反應△H ___0（填“>”或“<”)。判斷依據是_________。

(4)科學家正在研究用固態物質作為火箭推進劑。固體推進劑（硝酸鉀和蔗糖的混合物）點燃后在燃燒室里燃燒，發生反應KNO3+C12H22O11→CO2↑+N2↑+H2O+K2CO3，（未配平）。則該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比是_______。

Answer 1

【答案】2CO（g）+SO2（g）=S（s）+2CO2（g） ΔH=-270 kJmol-1 a/1+m-2a 2 由表中數據可知，m越大，α越大；開始時m增大，y也隨著增大，當m>2 時，m增大，y減小，當m＝2 時，y最大 Cu2O 1×106 < 溫度升高，CO 還原 PbO2 的反應的 lgc(CO)/c(CO2)變大，說明 CO 的轉化率變低(或其他合理說法) 48∶5

【解析】

(1)已知：常溫下C(s)的燃燒熱△H=-393.5 kJ.mol-1，即①C(s)+ O2(g)= CO2(g) △H1=-393.5 kJ.mol-1；

S(s)的燃嬈熱△H=-296.0 kJ．mol-l ，即②S(s)+ O2(g)= SO2(g) △H2=-296.0 kJ.mol-1；

③CO2(g)+C(s)=2CO(g) △H3=+172.5 kJ .mol-1，

根據蓋斯定律，由①-②-③得反應2CO（g）+SO2（g）=S（s）+2CO2（g） ΔH=△H1-△H2-△H3=-393.5 kJ.mol-1+296.0 kJ.mol-1-172.5 kJ .mol-1=-270 kJmol-1；

(2)①設開始時CO為1mol，則H2為mmol，

由： CO＋2H2CH3OH

n始/ mol：1 m 0

n變/ mol：a 2a a

n平/ mol：1-a m-2a a

平衡時n(總）＝（1＋m-2a）mol

故ｙ＝×100%；

②根據表中提供的數據，可得出反應物的比例對CO的平衡轉化率以及平衡混合物中甲醇的體積分數影響的結論，選擇最佳反應物配比m=2，理由是由表中數據可知，m越大，α越大；開始時m增大，y也隨著增大，當m>2 時，m增大，y減小，當m＝2 時，y最大；

(3)①800℃時，K越大，金屬氧化物越易被還原，故Cu2O越易被還原，lgc(CO)/c(CO2)=-6，即lg =-6，則K= 1×106；

②CO2還原PbO2的反應△H<0，判斷依據是溫度升高，CO 還原 PbO2 的反應的 lgc(CO)/c(CO2)變大，說明 CO 的轉化率減小；

(4)反應KNO3+C12H22O11→CO2↑+N2↑+H2O+K2CO3中氮元素由+5價變為0價，碳元素由0價變為+4價，根據氧化還原反應配平得反應48KNO3+5C12H22O11=36CO2↑+12N2↑+55H2O+24K2CO3，則該反應中氧化劑KNO3與還原劑C12H22O11的物質的量之比是48：5。