Question

研究和深度開發(fā)CO、CO₂的應用對構建生態(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）△H₁=+489.0kJ?mol^-1，C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ?mol^-1，則CO還原Fe₂O₃（s）的熱化學方程式為

 

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（2）CO與O₂設計成燃料電池（以KOH溶液為電解液）．該電池的負極反應式為

 

．
（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：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g） 測得CH₃OH的物質的量隨時間的變化如圖1．
①該反應的△H

 

0（填“大于或小于”），曲線I、Ⅱ對應的平衡常數(shù)大小關系為K_Ⅰ

 

K_Ⅱ（填“＞、=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物，一段時間后達到平衡．

容  器	甲	乙
反應物投入量	1mol CO2、3mol H2	a mol CO2、3a mol H2、 b mol CH3OH（g）、b mol H2O（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數(shù)相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，則b的取值范圍為

 

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（4）利用光能和光催化劑，可將CO₂和H₂O（g）轉化為CH₄和O₂．紫外光照射時，在不同催化劑（I、Ⅱ、Ⅲ）作用下，CH₄產量隨光照時間的變化如圖2．在0～15小時內，CH₄的平均生成速率I、Ⅱ和Ⅲ從小到大的順序為

 

（填序號）．
（5）以TiO₂/Cu₂Al₂O₄為催化劑，可以將CO₂和CH₄直接轉化成乙酸．在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系如圖3．
①當溫度在

 

范圍時，溫度是乙酸生成速率的主要影響因素．
②Cu₂Al₂O₄可溶于稀硝酸，稀硝酸還原產物為NO，寫出有關的離子方程式

 

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Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,化學電源新型電池

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）CO-O₂燃料電池（以KOH溶液為電解液），依據(jù)原電池原理，負極失電子發(fā)生氧化反應，燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應；
（3）①根據(jù)圖象可知，線Ⅱ的反應速率大于線Ⅰ，所以線Ⅱ對應的溫度高于線Ⅰ，而線Ⅱ對應的甲醇的物質的量小，也就是說溫度高反應平衡逆向移動，據(jù)此判斷反應的△H，根據(jù)溫度對平衡移動的影響可知，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，據(jù)此判斷平衡常數(shù)的變化；
②利用三段式，根據(jù)等效平衡的思想可答題；
（4）相同時間甲烷的物質的量的變化量越大，表明平均速率越大，相同時間甲烷的物質的量的變化量越小，平均反應速率越小；
（5）①根據(jù)圖象3可知，當溫度300℃～400℃時，線的斜率變化較大，也就是溫度對化學反應速率的影響較大；
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）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；
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ?mol^-1；
（2）CO-O₂燃料電池（以KOH溶液為電解液），一氧化碳在負極失電子發(fā)生氧化反應生成二氧化碳在溶液中生成碳酸鉀，原電池負極電極反應為：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O，故答案為：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O；
（3）①根據(jù)圖象可知，線Ⅱ的反應速率大于線Ⅰ，所以線Ⅱ對應的溫度高于線Ⅰ，而線Ⅱ對應的甲醇的物質的量小，也就是說溫度高反應平衡逆向移動，據(jù)此判斷反應的△H＜0，根據(jù)溫度對平衡移動的影響可知，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，而該反應為放熱反應，所以升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)變小，即K_Ⅰ＞K_Ⅱ，
故答案為：小于；＞；
②利用三段式，根據(jù)等效平衡的思想可知
設平衡時二氧化碳轉化了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，要使反應始終向逆向進行，則b＞x，故a的范圍為小于等于1大于0.4，
故答案為：0.4＜b≤1；
（4）由圖2可知，在0～15小時內，甲烷的物質的量變化量為△n（Ⅰ）＜△n（Ⅲ）＜△n（Ⅱ），故在0～30h內，CH₄的平均生成速率v（Ⅱ）＞v（Ⅲ）＞v（Ⅰ），故答案為：I＜III＜II；
（5）①根據(jù)圖象3可知，當溫度大于300℃時，線的斜率變化較大，也就是溫度對化學反應速率的影響較大，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．

點評：本題主要考查了熱化學方程式的書寫、電極反應的書寫、化學平衡的計算及氧化還原反應方程式的書寫，綜合性較強，有一定的難度．