Question

【题目】研究和深度开发CO、CO2的应用对构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＝+489.0kJ·mol－1，

C(s) +CO2(g)＝2CO(g) ΔH2＝+172.5kJ·mol－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曲线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	1 mol CO2、3 mol H2	a mol CO2、b mol H2 c mol CH3OH(g)、c mol H2O(g)

若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍，要使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H2O(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）以TiO2／Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系见图3。

①乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是__________________。

②Cu2Al2O4可溶于稀硝酸，写出有关的离子方程式：________________________。

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】试题分析：（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，根据盖斯定律，由①－②×3得热化学方程式：Fe2O3(s）+3CO(g）==2Fe(s）+3CO2(g） △H=－28.5kJ/mol。

（2）该燃料电池以CO为燃料，O2为助燃剂，负极上是CO发生失电子生成CO2的氧化反应，又因为电解质是KOH溶液，CO2和KOH反应得到的是碳酸钾，即电极反应为：CO+4OH－－2e－==CO32－+2H2O。

（3）①一定体积的密闭容器中起始投料为CO2和H2，随着反应的进行，CH3OH和H2O的物质的量增加，而CO2和H2的物质的量减少，平衡时Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物质的量少，则一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。

② CO2(g）+3H2(g）CH3OH(g）+H2O(g）

起始量(mol） 1 3 0 0

转化量mol） x 3x x x

平衡量(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(4－2x）÷4=0.8，解得x=0.4mol；依题意：甲、乙为等效平衡，要满足起始时维持反应逆向进行，若全部由生成物投料，c的物质的量为1mol；或c 的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol，故起始投料c的物质的量应为：0.4mol＜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(Ⅱ）＞△n(Ⅲ）＞△n(Ⅰ），故在0～15h内，CH4的平均生成速率v(Ⅱ）＞v(Ⅲ）＞v(Ⅰ）。

（5）①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，在300℃时失去活性，所以温度高于300℃时，乙酸的生成速率升高是由温度升高导致的，故乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是300℃～400℃。

②把Cu2Al2O4改写成氧化物的形式：Cu2OAl2O3，分别写出两种氧化物与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu2O+14H++2NO3－==6Cu2++2NO↑+7H2O，3Al2O3+18H+==6Al3++9H2O，两式相加即得总反应的离子方程式：3Cu2Al2O4+32H++2NO3－==6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O。