Question

【题目】研究和深度开发CO、CO2的应用对建生态文明社会具有重要的意义。

（1）CO可用于炼铁，已知：

Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g) ΔH1=+489.0kJmol-1，

C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H2=+172.5kJmol-1

则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为____________________。

（2）分离高炉煤气得到的CO与空气可设计成燃料电池（以KOH溶液为电解液）。写出该电池的负极反应式：__________________。

（3）CO2和H2充入一定体积的密闭容器中，在两种温度下发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，测得CH3OH的物质的量随时间的变化见图1。

①线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KI______KⅡ（填“＞”或“=”或“＜”）。

②一定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。

容器	甲	乙
反应物投入量	1mol CO2、3mol H2	a mol CO2、b mol H2、 c mol CH3OH(g)、c molH2O(g)

若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍，要平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则c的取值范围为____________。

（4）利用光能和光催化剂，可将CO2和H2(g)转化为CH4和O2，紫外光照射时，在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下，CH4产量随光照时间的变化见图2。在0~15小时内，CH4的平均生成速率I、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为_____________（填序号）

（5）一种甲醇燃料电池，使用的电解质溶液是2mol·L-1的KOH溶液。

请写出加入（通入）b物质一极的电极反应式________________；每消耗6.4g甲醇转移的电子数为_______________。

（6）一定条件下甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸。通常状况下，将amol/L的醋酸与bmol/LBa(OH)2溶液等体积混合后，溶液中:2c(Ba2+)=c(CH3COO-)，用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数Ka为__________________。

Answer 1

【答案】 Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH= -28.5kJ·mol-1 CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O ＞ 0.4<n(c)≤1mol Ⅱ>Ⅲ>I O2+4e-+2H2O=4OH- 1.2NA或1.2mol

【解析】(1)根据盖斯定律，由已知热化学方乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数并进行相应的加减，据此计算；

(2)CO燃料电池中，负极上是CO发生失电子的氧化反应，正极上是氧气发生得电子的还原反应，据此书写电极反应式；

(3)①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物质的量少，根据K=分析判断；②根据平衡三部曲求出甲中平衡时各气体的物质的量，然后根据平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持反应逆向进行来判断范围；

(4)相同时间甲烷的物质的量的变化量越大，表明平均速率越大，相同时间甲烷的物质的量的变化量越小，平均反应速率越小，据此分析解答；

(5)根据电子移动的分析判断出正负极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应，正极上氧气得到电子发生还原反应；根据电子与甲醇的物质的量关系计算；

(6)通常状况下，将a mol/L的醋酸与b mol/L Ba(OH)2溶液等体积混合，溶液中溶质为醋酸钡和氢氧化钡，反应平衡时，2c(Ba2+)=c(CH3COO-)=bmol/L，溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，溶液呈中性，根据醋酸电离平衡常数K=计算。

(1)①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ/mol；②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ/mol；由①-②×3，得到热化学方程式：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJ/mol，故答案为：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJ/mol；

(2)CO燃料电池中，负极上是CO发生失电子的氧化反应，电极反应式为：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O，正极上是氧气发生得电子的还原反应，电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，故答案为：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；

(3)①平衡时，Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物质的量少，则二氧化碳和氢气的物质的量越多，根据K=知，平衡常数越小，故KⅠ＞KⅡ，故答案为：＞；

② CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初始(mol) 1 3 0 0

平衡(mol) 1-x 3-3x x x

甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，即=0.8，解得x=0.4mol，依题意：甲、乙为等同平衡，且起始时维持反应逆向进行，所以全部由生成物投料，c的物质的量为1mol，c 的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol，所以c的物质的量为：0.4＜n(c)≤1mol，故答案为：0.4＜n(c)≤1mol；

(4)由图2可知，在0～15h内，甲烷的物质的量变化量为△n(Ⅰ)＜△n(Ⅲ)＜△n(Ⅱ)，故在0～15h内，CH4的平均生成速率v(Ⅱ)＞v(Ⅲ)＞v(Ⅰ)；故答案为：II＞III＞I；

(5)根据图示可知，电子由a电极经导线流向b电极，因此a为负极，b为正极，该电池负极是甲醇失电子生成碳酸钾，正极上是空气中的氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-；每消耗6.4g 甲醇的物质的量==0.2mol，反应中甲醇中的碳元素由-2价变成+4价，转移电子的物质的量为1.2mol，故答案为：O2+4e-+2H2O=4OH-；1.2mol或1.2NA；

(6)通常状况下，将a mol/L的醋酸与b mol/L Ba(OH)2溶液等体积混合，溶液中溶质为醋酸钡和氢氧化钡，反应平衡时，2c(Ba2+)=c(CH3COO-)=bmol/L，溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，溶液呈中性，醋酸电离平衡常数K===，故答案为：。