Question

资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品。

（1）有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相关热化学方程式如下：6 FeO（s） + CO₂（g） ＝ 2 Fe₃O₄（s） + C（s）  ΔH＝－76.0 kJ/mol，该反应中每放出38 kJ热量，转移电子的物质的量为         mol。

（2）在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：CO₂（g）+4H₂（g）CH₄（g）+2H₂O（g）ΔH＜0

①向一容积为2 L的恒容密闭容器中充入一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO₂ 0.2 mol/L，H₂ 0.8 mol/L， CH₄ 0.8 mol/L，H₂O 1.6 mol/L，起始充CO₂和H₂的物质的量分别为            、           ，CO₂的平衡转化率为            。

②现有两个相同的恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器I、II，在I中充入1 mol CO₂和4 mol H₂，在II中充入1 mol CH₄和2 mol H₂O（g），300℃下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是            。

A．容器I、II中正反应速率相同

B．容器I、II中CH₄的物质的量分数相同

C．容器I中CO₂的物质的量比容器II中的多

D．容器I中CO₂的转化率与容器II中CH₄的转化率之和小于1

Answer

（1）2 （2）①2 mol 8 mol 80% ②C D

【解析】

试题分析：（1）先由可知，参加反应的CO2为mol = 0.5mol，再由化合价升降可得关系式：6 FeO（s） + CO2（g） ＝ 2 Fe3O4（s） + C（s）～4e-，由转移电子与CO2的物质的量之比等于系数之比可知，该反应转移了0.5 mol × 4 = 2 mol；（2）① 先由三行数据法和题意逆推可知：

CO2（g） + 4 H2（g） CH4（g） + 2 H2O（g）

起始浓度/ mol•L-1 1.0 4.0 0 0

变化浓度/ mol•L-1 0.8 3.2 0.8 1.6

平衡浓度/ mol•L-1 0.2 0.8 0.8 1.6

再由cV=n可知，起始时容器内投入CO2和H2的物质的量分别为2.0mol、8.0mol；然后由可知，CO2的平衡转化率为80%； （3）A、由反应CO2（g） + 4 H2（g） CH4（g） + 2 H2O（g）的速率方程可知，容器I中v（正） = k（正）•c（CO2） •c4（H2），容器II中v（正） = k（正）•c（CH4） •c2（H2O），A错误；B、如果不是一个绝热容器，那么在两个容器中按题中的投料是等效平衡，也就是说两个容器中甲烷的含量应该相等，CO2（g） + 4 H2（g） CH4（g） + 2 H2O（g）的正反应是ΔH ＜ 0的放热反应，则绝热容器I中温度升高，相当于在容器II中反应所达平衡的基础上升温，平衡向逆反应方向移动，I中CH4的物质的量分数将比II中小，B错误；C、CO2（g） + 4 H2（g） CH4（g） + 2 H2O（g）的正反应是ΔH ＜ 0的放热反应，则绝热容器I中温度升高，相当于在容器II中反应所达平衡的基础上升温，平衡向逆反应方向移动，I中CO2的物质的量将比II中大，C正确；D、如果按照等效平衡来考虑的话，容器I中CO2的转化率与容器II中CH4的转化率之和等于1，CO2（g） + 4 H2（g） CH4（g） + 2 H2O（g）的正反应是ΔH ＜ 0的放热反应，则绝热容器I中温度升高，相当于在容器II中反应所达平衡的基础上升温，平衡向逆反应方向移动，I中CO2的转化率比与容器II中CH4的转化率小，二者之和小于100%，D正确；答案选CD。

考点：本题考查焓变与物质的量关系的计算、化学平衡的计算、等效平衡、化学反应速率、温度对化学平衡的影响等。

【名师点睛】化学平衡包括的知识点很多，有平衡标志的判断、平衡移动的判断、等效平衡的判断、平衡的计算、物质浓度、转化率、质量分数、体积分数的计算、平衡常数的表达式及计算、平衡常数的应用、反应速率的变化对平衡的影响、反应方向的判断等。平衡的计算不是平衡问题的难点，一般根据“三段式”计算即可，而平衡标志的判断、等效平衡的判断是难点，抓住平衡标志的特点与非平衡时状态的不同时解决平衡标志问题的关键。对于等效平衡的判断，应注意条件及反应的本身特点。