Question

【題目】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）分離高爐煤氣得到的CO與空氣可設(shè)計成燃料電池（以KOH溶液為電解液）。寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)式：__________________________________________________。

（3）①CO2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)的量隨時間的變化如圖。①曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ___________________KⅡ（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)方向進行，則c的取值范圍為______________________。

③一定溫度下，此反應(yīng)在恒壓容器中進行，能判斷該反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是______________。

a．容器中壓強不變 b．H2的體積分?jǐn)?shù)不變 c．c（H2）＝3c（CH3OH）

d．容器中密度不變 e．2個C＝O斷裂的同時有3個H－H斷裂

（4）將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為：2CO2（g） + 6H2（g） CH3OCH3（g） + 3H2O（g）。已知一定條件下，該反應(yīng)中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、投料比[n(H2) / n(CO2)]的變化曲線如圖，若溫度不變，提高投料比n(H2)/n(CO2)，則K將__________；該反應(yīng)△H_________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

Answer 1

【答案】Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+ 3CO2（g）△H=-28.5KJ/mol CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O ＞ 0.4＜c≤1 bd 不變 ＜

【解析】

(1)已知：①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ/mol，②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律有①-②×3可得；

(2)根據(jù)原電池負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)結(jié)合電解質(zhì)環(huán)境可得；

(3)①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物質(zhì)的量少，根據(jù)K= 判斷；

②根據(jù)平衡三段式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)逆向進行來判斷范圍；

③根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征分析；

(4)由圖可知，投料比一定，溫度升高，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小，根據(jù)溫度對化學(xué)平衡的影響分析可得。

(1)已知：①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ/mol，②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律有①-②×3，得到熱化學(xué)方程式：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJ/mol；

(2)CO與空氣可設(shè)計成燃料電池(以KOH溶液為電解液)，負(fù)極電極反應(yīng)為：CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O；

(3)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= 可知，平衡常數(shù)越小，故KⅠ＞KⅡ；

②

甲中平衡后氣體的壓強為開始時的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：0.4mol＜n(c)≤1mol；

③a．反應(yīng)在恒壓容器中進行，容器中壓強始終不變，故a錯誤；

b．反應(yīng)開始，減少，H2的體積分?jǐn)?shù)不變時，反應(yīng)平衡，故b正確；

c．c(H2)與c(CH3OH)的關(guān)系與反應(yīng)進行的程度有關(guān)，與起始加入的量也有關(guān)，所以不能根據(jù)它們的關(guān)系判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，故c錯誤；

d．根據(jù)ρ=，氣體的質(zhì)量不變，反應(yīng)開始，體積減小，容器中密度不變時達到平衡，故d正確；

e．C=O斷裂描述的正反應(yīng)速率，H-H斷裂也是描述的正反應(yīng)速率，故e錯誤；

故答案為：bd；

(4)由圖可知，投料比一定，溫度升高，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小，說明溫度升高不利于正反應(yīng)，即正反應(yīng)為放熱反應(yīng)△H＜0；K只與溫度有關(guān)，溫度不變，提高投料比，K不變。