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) ΔH1＝+489.0kJ·mol－1，

C(s) +CO2(g)＝2CO(g) ΔH2＝+172.5kJ·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）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對應(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(dá)到平衡。

容器	甲	乙
反應(yīng)物投入量	1 mol CO2、3 mol H2	a mol CO2、b mol H2 c mol CH3OH(g)、c mol H2O(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 。

（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，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?yàn)?/span> （填序號）。

（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)系見圖3。

①乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是__________________。

②Cu2Al2O4可溶于稀硝酸，寫出有關(guān)的離子方程式：________________________。

Answer 1

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

（2）CO + 4OH－― 2e－＝CO32－+ 2H2O

（3）①＞ ②0.4＜c≤1

（4）II＞III＞I （5）①300℃～400℃

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

【解析】試題分析：（1）Fe2O3(s）+3C(石墨）==2Fe(s）+3CO(g） △H1=+489.0kJ/mol①，C(石墨）+CO2(g）==2CO(g） △H2=+172.5kJ/mol②，根據(jù)蓋斯定律，由①－②×3得熱化學(xué)方程式：Fe2O3(s）+3CO(g）==2Fe(s）+3CO2(g） △H=－28.5kJ/mol。

（2）該燃料電池以CO為燃料，O2為助燃劑，負(fù)極上是CO發(fā)生失電子生成CO2的氧化反應(yīng)，又因?yàn)殡娊赓|(zhì)是KOH溶液，CO2和KOH反應(yīng)得到的是碳酸鉀，即電極反應(yīng)為：CO+4OH－－2e－==CO32－+2H2O。

（3）①一定體積的密閉容器中起始投料為CO2和H2，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，CH3OH和H2O的物質(zhì)的量增加，而CO2和H2的物質(zhì)的量減少，平衡時Ⅱ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=知，平衡常數(shù)越小，故KⅠ＞KⅡ。

② CO2(g）+3H2(g）CH3OH(g）+H2O(g）

起始量(mol） 1 3 0 0

轉(zhuǎn)化量mol） x 3x x x

平衡量(mol） 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、乙為等效平衡，要滿足起始時維持反應(yīng)逆向進(jìn)行，若全部由生成物投料，c的物質(zhì)的量為1mol；或c 的物質(zhì)的量不能低于平衡時的物質(zhì)的量0.4mol，故起始投料c的物質(zhì)的量應(yīng)為：0.4mol＜n(c）≤1mol。

（4）由圖2可知，在0～15h內(nèi)，甲烷的物質(zhì)的量變化量為△n(Ⅱ）＞△n(Ⅲ）＞△n(Ⅰ），故在0～15h內(nèi)，CH4的平均生成速率v(Ⅱ）＞v(Ⅲ）＞v(Ⅰ）。

（5）①溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，在300℃時失去活性，所以溫度高于300℃時，乙酸的生成速率升高是由溫度升高導(dǎo)致的，故乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是300℃～400℃。

②把Cu2Al2O4改寫成氧化物的形式：Cu2OAl2O3，分別寫出兩種氧化物與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式：3Cu2O+14H++2NO3－==6Cu2++2NO↑+7H2O，3Al2O3+18H+==6Al3++9H2O，兩式相加即得總反應(yīng)的離子方程式：3Cu2Al2O4+32H++2NO3－==6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O。