Question

11．研究和深度開發(fā)CO、CO₂的應(yīng)用對構(gòu)建生態(tài)文明社會有重要的意義．
（1）已知：Fe₂O₃（s）+3C（s）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1，
C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
則CO還原Fe₂O₃（s）的熱化學(xué)方程式為Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol．
（2）CO₂和H₂充入一定體積的密閉容器中，
在兩種溫度下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
測得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時間的變化見圖1．
①曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ＞ K_Ⅱ（填“＞”或“=”或“＜”）．
②一定溫度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時間后達(dá)到平衡．

容  器	甲	乙
反應(yīng)物投入量	1molCO2、3molH2	a molCO2、b molH2、 c molCH3OH（g）、c 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，且起始時維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則c的取值范圍為0.4＜n（c）≤1mol．
（3）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，在不同催化劑（I、II、III）作用下，CH₄產(chǎn)量隨光照時間的變化見圖2．在0～15小時內(nèi)，CH₄的平均生成速率I、II和III從大到小的順序為II＞III＞I（填序號）．
（4）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)系見圖3．
①乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是300℃～400℃．
②Cu₂Al₂O₄可溶于稀硝酸，寫出有關(guān)的離子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的加減，據(jù)此計算；
（2）①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物質(zhì)的量少，根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$判斷；
②根據(jù)平衡三部曲求出甲中平衡時各氣體的物質(zhì)的量，然后根據(jù)平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時維持反應(yīng)逆向進(jìn)行來判斷范圍；
（3）相同時間甲烷的物質(zhì)的量的變化量越大，表明平均速率越大，相同時間甲烷的物質(zhì)的量的變化量越小，平均反應(yīng)速率越�。�由圖2可知反應(yīng)開始后的15小時內(nèi)，在第Ⅱ種催化劑的作用下，收集的CH₄最多，Ⅲ次之，Ⅰ最少；
（4）①根據(jù)溫度對催化劑活性的影響可知在300℃時失去活性，故得出乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍；
②先將Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，再根據(jù)氧化物與酸反應(yīng)生成離子方程式，需要注意的是一價銅具有還原性．

解答 解：（1）Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol ①
            C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol  ②
由①-②×3，得到熱化學(xué)方程式：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol，
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol；
（2）①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物質(zhì)的量少，則一氧化碳和氫氣的物質(zhì)的量越多，根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$可知，平衡常數(shù)越小，故K_Ⅰ＞K_Ⅱ，
故答案為：＞；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始：1        3         0          0
平衡：1-x     3-3x       x          x
甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開始時的0.8倍，即（4-2x）÷4=0.8，解得：x=0.4mol，
依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時維持反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以全部由生成物投料，c的物質(zhì)的量為1mol，c 的物質(zhì)的量不能低于平衡時的物質(zhì)的量0.4mol，所以c的物質(zhì)的量為：0.4＜n（c）≤1mol，
故答案為：0.4＜n（c）≤1mol；
（3）由圖2可知，在0～15h內(nèi)，甲烷的物質(zhì)的量變化量為△n（Ⅰ）＜△n（Ⅲ）＜△n（Ⅱ），故在0～15h內(nèi)，CH₄的平均生成速率v（Ⅱ）＞v（Ⅲ）＞v（Ⅰ），
故答案為：II＞III＞I；
（4）①溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，在300℃時失去活性，故以后乙酸的生成速率升高是由溫度升高導(dǎo)致的，故乙酸主要取決于溫度影響的范圍為300℃～400℃，
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，
故答案為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O．

點(diǎn)評 本題主要考查了熱化學(xué)方程式的計算與書寫、電極反應(yīng)的書寫、化學(xué)平衡的計算及氧化還原反應(yīng)方程式的書寫等知識，題目難度較大，試題知識點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查學(xué)生的分析、理解能力、化學(xué)計算能力．