Question

研究CO₂的利用對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義．
（1）將CO₂與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等．
①已知：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^-1
則CO還原Fe₂O₃（s）的熱化學方程式為

Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ/mol

．
②已知Fe與CO可形成五羰基鐵[Fe（CO）₅]，該化合物相當活潑，易于吸收H₂生成氫化羰基鐵．氫化羰基鐵為二元弱酸，可與NaOH反應(yīng)生成四羰基鐵酸二鈉．
試寫出五羰基鐵吸收H₂的反應(yīng)方程式

Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO

．
③利用燃燒反應(yīng)可設(shè)計成CO-O₂燃料電池（以KOH溶液為電解液），寫出該電池的負極反應(yīng)式

CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O

．
（2）某實驗將CO₂和H₂充入一定體積的密閉容器中，在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
測得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示，回答問題：
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

．
②曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ

大于

K_Ⅱ（填“大于”、“等于”或“小于”）．
③一定溫度下，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數(shù)相等，且起始時維持化學反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，則c的取值范圍為

0.4＜c≤1

．

Answer 1

分析：（1）①依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到熱化學方程式；
②氫化羰基鐵為二元弱酸，結(jié)合原子守恒分析書寫化學方程式；
③CO-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(yīng)，燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）①依據(jù)化學平衡的平衡常數(shù)概念計算列式，平衡常數(shù)是用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
②依據(jù)圖象分析可知先拐先平，溫度高，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡逆向進行；
③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數(shù)相等，且起始時維持反應(yīng)逆向進行來判斷范圍．

解答：解：（1）①已知：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=-28.5KJ/mol，
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ/mol；
②Fe與CO可形成五羰基鐵[Fe（CO）₅]，該化合物相當活潑，易于吸收H₂生成氫化羰基鐵．氫化羰基鐵為二元弱酸，可與NaOH反應(yīng)生成四羰基鐵酸二鈉，依據(jù)題干信息推知，反應(yīng)的化學方程式為：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO，故答案為：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO；
③CO-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(yīng)生成二氧化碳在溶液中生成碳酸鉀，原電池負極電極反應(yīng)為：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O，
故答案為：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）反應(yīng)的平衡常數(shù)為：

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

，故答案為：

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；
②圖象分析可知先拐先平，Ⅱ溫度高，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小，所以K₁＞K₂，故答案為：＞；
③設(shè)二氧化碳反應(yīng)量為x
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始量（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：0.4＜n（c）≤1mol，故答案為：0.4＜n（c）≤1．

點評：本題考查涉及知識點較多，涉及平衡常數(shù)的計算、平衡狀態(tài)的判斷以及外界條件對平衡移動的影響等問題，題目難度中等，本題注意把握計算方法以及平衡常數(shù)的運用．