Question

研究和深度開發(fā)CO、CO2的應(yīng)用對(duì)構(gòu)建生態(tài)文明社會(huì)具有重要的意義。

（1）CO可用于煉鐵，已知：Fe2O3(s) + 3C(s)＝2Fe(s) + 3CO(g)  ΔH 1＝+489.0 kJ· mol－1，C(s) +CO2(g)＝2CO(g)   ΔH 2 ＝+172.5 kJ·mol－1， 則CO還原Fe2O3(s)的熱化學(xué)方程式為    ▲       。

（2）CO與O2設(shè)計(jì)成燃料電池（以KOH溶液為電解液）。該電池的負(fù)極反應(yīng)式為         ▲      。

（3）CO2和H2充入一定體積的恒容密閉容器中，在兩種溫度下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) 測(cè)得CH3OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖5。                         

圖5

①該反應(yīng)的ΔH  ▲   0(填“大于或小于”），曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ  ▲   KⅡ （填“＞、＝或＜”）。

②一定溫度下，在容積相同且固定的兩個(gè)密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時(shí)間后達(dá)到平衡。

容  器	甲	乙
反應(yīng)物投入量	1molCO2、3molH2	a molCO2、3a molH2、 b molCH3OH(g)、b molH2O(g)

若甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開始的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則b的取值范圍為    ▲    。

（4）利用光能和光催化劑，可將CO2和H2O(g)轉(zhuǎn)化為CH4和O2。紫外光照射時(shí)，在不同催化劑（I、II、III）作用下，CH4產(chǎn)量隨光照時(shí)間的變化如圖6。在0～15小時(shí)內(nèi)，CH4的平均生成速率I、II和III從小到大的順序?yàn)?nbsp;   ▲     （填序號(hào)）。

	光照時(shí)間/h                        反應(yīng)溫度/℃       圖6                                 圖7

（5）以TiO2／Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關(guān)系如圖7。

①當(dāng)溫度在    ▲   范圍時(shí)，溫度是乙酸生成速率的主要影響因素。

②Cu2Al2O4可溶于稀硝酸，稀硝酸還原產(chǎn)物為NO，寫出有關(guān)的離子方程式    ▲     。

Answer 1

【知識(shí)點(diǎn)】化學(xué)平衡的計(jì)算；熱化學(xué)方程式；化學(xué)電源新型電池

【答案解析】（1）Fe2O3(s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO2(g) △H ＝－28.5 kJ·mol－1

（2）CO + 4OH－― 2e－＝ CO32－+ 2H2O

（3）①小于  ＞    ②0.4＜c≤1

（4）I＜III＜II

（5）①300℃～400℃

    ②3Cu2Al2O4+32H++2NO3－＝ 6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16 H2O

  解析：（1）a、Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJ•mol-1
b、C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJ•mol-1
依據(jù)蓋斯定律a-b×3得到Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5 kJ•mol-1；
（2）一氧化碳在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳在溶液中生成碳酸鉀，原電池負(fù)極電極反應(yīng)為：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；
（3）①根據(jù)圖象可知，線Ⅱ的反應(yīng)速率大于線Ⅰ，所以線Ⅱ?qū)��?yīng)的溫度高于線Ⅰ，而線Ⅱ?qū)��?yīng)的甲醇的物質(zhì)的量小，也就是說溫度高反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，據(jù)此判斷反應(yīng)的△H＜0，根據(jù)溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響可知，升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，而該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)變小，即KⅠ＞KⅡ；
②設(shè)平衡時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化了xmol，
  　　　　　　　　　　 CO2（g）+3H2（g）  CH3OH（g）+H2O（g），
開始1（mol）：        1  　　      3        　　　　　        0      　　     0
變化1（mol）：        x             3x                                 x                   x
平衡1（mol）：        1-x           3-3x                             x                  x
開始2　　　　　　　　　a             3a                              b                  b
則由題意可知：（x+x+1-x+3-3x）/（1+3）=0.8，解得x=0.4，
根據(jù)恒溫恒容條件下的等效平衡的思想則有開始1和開始2為完全等效，即a+b=1，要使反應(yīng)始終向逆向進(jìn)行，則b＞x，故a的范圍為：0.4＜b≤1；
（4）由圖2可知，在0～15小時(shí)內(nèi)，甲烷的物質(zhì)的量變化量為△n（Ⅰ）＜△n（Ⅲ）＜△n（Ⅱ），故在0～30h內(nèi)，CH4的平均生成速率v（Ⅱ）＞v（Ⅲ）＞v（Ⅰ）；
（5）①根據(jù)圖象3可知，當(dāng)溫度大于300℃時(shí)，線的斜率變化較大，也就是溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響較大，故答案為：300℃～400℃；
②Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2O•Al2O3，與酸反應(yīng)生成離子方程式：3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O，

【思路點(diǎn)撥】本題主要考查了熱化學(xué)方程式的書寫、電極反應(yīng)的書寫、化學(xué)平衡的計(jì)算及氧化還原反應(yīng)方程式的書寫，綜合性較強(qiáng)，有一定的難度．