Question

【題目】研究和深度開發CO、CO2的應用對構建生態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=+489.0kJmol-1，

C(s)+CO2(g)═2CO(g)△H2=+172.5kJmol-1

則CO還原Fe2O3(s)的熱化學方程式為__________。

（2）分離高爐煤氣得到的CO與空氣可設計成燃料電池(以KOH溶液為電解液)。寫出該電池的負極反應式：__________。

（3）CO2和H2充入一定體積的密閉容器中，在兩種溫度下發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 測得CH3OH的物質的量隨時間的變化見圖1。

①曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為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物，一段時間后達到平衡。

容 器	甲	乙
反應物投入量	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相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，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見圖2．在0～15小時內，CH4的平均生成速率I、II和III從大到小的順序為__________(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，寫出有關的離子方程式：__________。

Answer 1

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

（2）CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；（3）①＞；②0.4＜n(c)≤1mol，

（4）Ⅱ＞Ⅲ＞I；（5）①300℃～400℃；②3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O。

【解析】試題分析：（1）①Fe2O3(s)+3C(s)═2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJmol-1②C(s)+CO2(g)═2CO(g) △H2=+172.5kJmol-1，由蓋斯定律①-②×3得到Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJmol-1，故答案為：Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJmol-1；

（2）烷燃料電池以KOH溶液為電解質溶液時，負極上是CO發生失電子的氧化反應，又因為電解質是KOH溶液，二氧化碳和氫氧化鉀反應得到的是碳酸鉀，即CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O，故答案為：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；

（3）①II平衡時間小于I，說明II反應速率大于I，且平衡時II中CH3OH的物質的量小于I，說明平衡向逆反應方向移動，則只能是升高溫度，即II的溫度大于I，溫度越高，平衡向逆反應方向移動，導致化學平衡常數越小，所以KⅠ＞KⅡ，故答案為：＞；

②設二氧化碳反應量為x

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初始量(mol)： 1 3 0 0

轉化量(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=0.8

解得x=0.4mol

依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時維持反應逆向進行，所以全部由生成物投料，c的物質的量為1mol，c 的物質的量不能低于平衡時的物質的量0.4mol，所以c的物質的量為：0.4＜n(c)≤1mol，

故答案為：0.4＜n(c)≤1mol；

（4）由圖2可知，在0～15h內，甲烷的物質的量變化量為△n(Ⅰ)＜△n(Ⅲ)＜△n(Ⅱ)，故在0～15h內，CH4的平均生成速率v(Ⅱ)＞v(Ⅲ)＞v(Ⅰ)，故答案為：Ⅱ＞Ⅲ＞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，故以后乙酸的生成速率升高是由溫度升高導致的，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：Cu2OAl2O3，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。