Question

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）△H₁=+489.0kJ?mol^-1，
C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+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曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ

 

K_Ⅱ（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	1molCO2、3molH2	a molCO2、b molH2、 c molCH3OH（g）、c molH2O（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

 

．
③一定温度下，此反应在恒压容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是

 

．
a．容器中压强不变     b．H₂的体积分数不变   c．c（H₂）=3c（CH₃OH）d．容器中密度不变     e．2个C=O断裂的同时有6个H-H断裂
（4）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂（g）+6H₂（g） 

催化剂  .

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）．已知一定条件下，该反应中CO₂的平衡转化率随温度、投料比

n(H2)

n(CO2)

的变化曲线如下左图．在其他条件不变时，请在图中画出平衡时CH₃OCH₃的体积分数随投料比

n(H2)

n(CO2)

变化的曲线图

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：

分析：（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，又因为电解质是KOH溶液，不会在电极上放出二氧化碳．
（3）①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物质的量少，根据K=

c(CH3OH)

c(CO)．c3(H2)

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；
③根据平衡状态的判断标志结合反应的特点进行判断；
（4）根据化学方程式的系数可知，CH₃OCH₃的体积分数在开始阶段随投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而增大，当体积比是3的时候，即与反应方程中计量数一致时，甲醚的体积分数最大，而在之后会随投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而减小，据此作图．

解答： 解：（1）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  ②
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）烷燃料电池以KOH溶液为电解质溶液时，负极上是CO发生失电子的氧化反应，又因为电解质是KOH溶液，二氧化碳和氢氧化钾反应得到的是碳酸钾，即CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O，故答案为：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O；
（3）①Ⅱ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=

c(CH3OH)

c(CO)．c3(H2)

知，平衡常数越小，故K_Ⅰ＞K_Ⅱ，故答案为：＞；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始：1        3         0          0
平衡：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）≤1，
故答案为：0.4＜n（c）≤1；
③由于该反应是气体体积减小的反应，所以a．容器中压强不变时，则反应处于平衡状态，b．当H₂的体积分数不变时，反应处于平衡状态，c．c（H₂）与c（CH₃OH）的关系与反应进行的程度有关，与起始加入的量也有关，所以不能根据它们的关系判断反应是否处于平衡状态，d．由于反应容器的体积不变，气体质量守恒，所以容器中密度不变，不能判断反应是否处于平衡状态，e．2个C=O断裂描述的正反应速率，6个H-H断裂也是描述的正反应速率，所以不能判断正逆反应速率是否相等，故不能判断反应是否处于平衡状态，
故选ab；
（4）根据化学方程式的系数可知，CH₃OCH₃的体积分数在开始阶段随投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而增大，当体积比是3的时候，即与反应方程中计量数一致时，甲醚的体积分数最大，而在之后会随投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而减小，所以画出的图为，
故答案为：．

点评：本题主要考查了化学反应常数、化学平衡以及原电池原理的运用，化学平衡的图象等知识，难度不大，根据所学知识即可完成．