由某精矿石（MCO3•ZCO3）可以制备单质M，制备过程中排放出的二氧化碳可以作为原料制备甲醇．取该矿石样品1.84g，高温灼烧至恒重，得到0.96g仅含两种金属氧化物的固体，其中m（M）：m（Z

Question

由某精矿石（MCO₃•ZCO₃）可以制备单质M，制备过程中排放出的二氧化碳可以作为原料制备甲醇．取该矿石样品1.84g，高温灼烧至恒重，得到0.96g仅含两种金属氧化物的固体，其中m（M）：m（Z）=3：5．请回答：
（1）该矿石的化学式为___．
（2）①以该矿石灼烧后的固体产物为原料，真空高温条件下用单质硅还原，仅得到单质M和一种含氧酸盐（只含Z、Si和O元素，且Z和Si的物质的量之比为2：1）．写出该反应的化学方程式___．
②单质M还可以通过电解熔融MCl₂得到．不能用电解MCl₂溶液的方法制备M的理由是___．
（3）一定条件下，由CO₂和H₂制备甲醇的过程中含有下列反应：
反应1：CO₂（g）+H₂（g）⇌CO（g）+H₂O（g）△H₁
反应2：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H₂
反应3：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
其对应的平衡常数分别为K₁、K₂、K₃，它们随温度变化的曲线如图l所示．
则△H₂___△H₃（填“大于”、“小于”或“等于”），理由是___．

（4）在温度T₁时，使体积比为3：1的H₂和CO₂在体积恒定的密闭容器内进行反应．T₁温度下甲醇浓度随时间变化曲线如图2所示；不改变其他条件，假定t时刻迅速降温到T₂，一段时间后体系重新达到平衡．试在图中画出t时刻后甲醇浓度随时间变化至平衡的示意曲线．
（5）甲醇是制备工业乙酸的原料，目前世界上一半以上的乙酸都采用甲醇与CO气体反应来制备．某实验小组在一个恒压密闭容器中加入0.20mol CH₃OH和0.22mol CO气体，发生反应：CH₃OH （g）+CO（g）⇌CH₃COOH （l）△H>0，一定温度下达到平衡后测得甲醇的转化率为60%，容器体积为2L；维持温度不变，往上述达到平衡的恒压容器中，再在瞬间通入0.12mol CH₃OH和0.06mol CO和混合气体，平衡的移动方向为___（填“向左”或“向右”或“不移动”），理由是___．

Answer 1

（1）由于M和Z的相对原子质量之比为3：5，故设M和Z的相对原子质量分别为3x，5x．
由于MCO₃•ZCO₃中MCO₃和ZCO₃的物质的量之比为1：1，故得到的氧化物中MO和ZO的物质的量之比也为1：1，根据MCO₃•ZCO₃的质量为1.84g，得到氧化物的质量为0.96g，可得：
(3x+5x+32)/(3x+5x+120)=(0.96)/(1.84)，x=8，
M的相对原子质量为3x=24，故M为Mg，
Z的相对原子质量为5x=40，故Z为Ca，则矿石的化学式为MgCO₃•CaCO₃，故答案为：MgCO₃•CaCO₃；
（2）①由于灼烧后的产物为CaO和MgO的混合物，而真空高温条件下用单质硅还原，仅得到单质Mg和一种含氧酸盐，由于此含氧酸盐中只含Z、Si和O元素，且Z和Si的物质的量之比为2：1，故为Ca₂SiO₄，故此反应的化学方程式为：2MgO+2CaO+Si(高温.)/()Ca₂SiO₄+2Mg，故答案为：2MgO+2CaO+Si(高温.)/()Ca₂SiO₄+2Mg；
②阴极发生还原反应，氢离子的氧化性强于镁离子，所以电解氯化镁溶液应是氢离子放电，而得不到镁单质，故答案为：电解MgCl₂溶液时，阴极上H⁺比Mg²⁺容易得电子，电极反应式2H₂O+2eˉ=H₂↑+2OHˉ，所以不能得到Mg单质；
（3）反应1：CO₂（g）+H₂（g）⇌CO（g）+H₂O（g）△H₁
反应2：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H₂
反应3：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
根据盖斯定律，△H₁=△H₃-△H₂，而曲图l可知，随着温度升高，K₁增大，则△H₁>0，所以△H₃-△H₂>0，即△H₃>△H₂，故答案为：小于；曲图l可知，随着温度升高，K₁增大，则△H₁>0，根据盖斯定律又得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂<△H₃；
（4）因为K₃随温度的变化图可知，温度越高K₃越小说明正反应是放热反应，假定t时刻迅速降温到T₂，平衡正向移动，甲醇的浓度变大，最终在新的温度下重新达到平衡，其中温度变化瞬间浓度是连续，没有间断，所以图象为：，故答案为：；
（5）一定温度下达到平衡后测得甲醇的转化率为60%，所以转化的甲醇的物质的量为0.12mol，则转化的CO的物质的量为0.12mol，故平衡时甲醇的物质的量为0.20mol-0.12mol=0.08mol，CO的物质的量为0.22mol-0.12mol=0.1mol，故平衡常数K=(1)/(c(CH3OH)•c(CO))=(1)/((0.08)/(2)×(0.1)/(2))=500；又因为甲醇的转化率为60%，故转化的甲醇的物质的量为0.20mol×60%=0.12mol，则生成乙酸的物质的量为0.12mol，原平衡体系，气体总的物质的量为0.08mol+0.1mol=0.18mol，体积为2L，
维持温度不变，往上述达到平衡的恒压容器中，再在瞬间通入0.12mol CH₃OH和0.06mol CO混合气体，充入气体总的物质的量为0.12mol+0.06mol=0.18mol，原平衡相等，故体积变为原来的2倍，此时，甲醇的物质的量为0.08mol+0.12mol=0.2mol，CO的物质的量为0.1mol+0.06mol=0.16mol，则Qc=(1)/((0.2)/(4)×(0.16)/(4))=500=K，故平衡不移动；
故答案为：不移动；加入气体的总物质的量与原平衡气体的总物质的量相等，体积变为4L，Qc=(1)/((0.2)/(4)×(0.16)/(4))=500=K．