题目内容


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)  ΔH 1=+489.0 kJ· mol-1,C(s) +CO2(g)=2CO(g)   ΔH 2 =+172.5 kJ·mol-1, 则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为    ▲       。

(2)CO与O2设计成燃料电池(以KOH溶液为电解液)。该电池的负极反应式为         ▲      。

(3)CO2和H2充入一定体积的恒容密闭容器中,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如图5。                         

图5

 
①该反应的ΔH  ▲   0(填“大于或小于”),曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ  ▲   KⅡ (填“>、=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、3a molH2、

b molCH3OH(g)、b 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b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如图6。在0~15小时内,CH4的平均生成速率I、II和III从小到大的顺序为    ▲     (填序号)。

                 光照时间/h                        反应温度/℃

      图6                                 图7

 


(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如图7。

①当温度在    ▲   范围时,温度是乙酸生成速率的主要影响因素。

②Cu2Al2O4可溶于稀硝酸,稀硝酸还原产物为NO,写出有关的离子方程式    ▲     。


【知识点】化学平衡的计算;热化学方程式;化学电源新型电池

【答案解析】(1)Fe2O3(s)+ 3CO(g)=2Fe(s)+ 3CO2(g) △H =-28.5 kJ·mol-1

(2)CO + 4OH-― 2e-= CO32-+ 2H2O

(3)①小于  >    ②0.4<c≤1

(4)I<III<II

(5)①300℃~400℃

    ②3Cu2Al2O4+32H++2NO3-= 6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16 H2O

  解析:(1)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
依据盖斯定律a-b×3得到Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5 kJ•mol-1;
(2)一氧化碳在负极失电子发生氧化反应,生成二氧化碳在溶液中生成碳酸钾,原电池负极电极反应为:CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O;
(3)①根据图象可知,线Ⅱ的反应速率大于线Ⅰ,所以线Ⅱ对应的温度高于线Ⅰ,而线Ⅱ对应的甲醇的物质的量小,也就是说温度高反应平衡逆向移动,据此判断反应的△H<0,根据温度对平衡移动的影响可知,升高温度,平衡向吸热方向移动,而该反应为放热反应,所以升高温度平衡逆向移动,平衡常数变小,即KⅠ>KⅡ;
②设平衡时二氧化碳转化了xmol,
             CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g),
开始1(mol):        1          3                     0             0
变化1(mol):        x             3x                                 x                   x
平衡1(mol):        1-x           3-3x                             x                  x
开始2         a             3a                              b                  b
则由题意可知:(x+x+1-x+3-3x)/(1+3)=0.8,解得x=0.4,
根据恒温恒容条件下的等效平衡的思想则有开始1和开始2为完全等效,即a+b=1,要使反应始终向逆向进行,则b>x,故a的范围为:0.4<b≤1;
(4)由图2可知,在0~15小时内,甲烷的物质的量变化量为△n(Ⅰ)<△n(Ⅲ)<△n(Ⅱ),故在0~30h内,CH4的平均生成速率v(Ⅱ)>v(Ⅲ)>v(Ⅰ);
(5)①根据图象3可知,当温度大于300℃时,线的斜率变化较大,也就是温度对化学反应速率的影响较大,故答案为:300℃~400℃;
②Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O•Al2O3,与酸反应生成离子方程式:3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O,

【思路点拨】本题主要考查了热化学方程式的书写、电极反应的书写、化学平衡的计算及氧化还原反应方程式的书写,综合性较强,有一定的难度.


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