Question

7．CO在人类社会的发展过程中扮演着多重角色．既有其为人类服务”功臣”的一面，也有作为大气重要污染物“罪人”的一面．请回答下列问题：
（1）CO是工业冶炼金属的重要还原剂之一，已知下列热化学方程式：
①Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-24.8KJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2KJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂（g）△H=+19.3KJ/mol
则CO还原FeO的热化学方程式是CO（g）+FeO（s）=Fe（g）+CO₂（g）△H=-11KJ/mol．
（2）工业上可利用甲烷与水蒸气反应制备CO原料气：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）．图1是CH₄（g）与H₂O（g）体积比为1：3时，平衡体系中甲烷的体积分数受温度、压强影响的关系图：

①甲烷与水蒸气制备CO的反应为吸热（填“放热”或“吸热”）反应，压强：P₂＜P₁（填“＞”或“＜”）．
②在恒温、恒压的条件下，向上述平衡体系中通人氮气，平衡向正反应方向（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”）移动．
（3）CO与水蒸气反应可制备氢气：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H＜0．已知800℃时，在容积为2L的恒容密闭容器中充入0.2mol水蒸气和0.2molCO发生上述可逆反应．经过5min，反应达到平衡状态，此时测得平均反应速率v（CO₂）=0.01mol/（L•min），则该温度下的平衡常数K=1，达到平衡时CO的转化率为50%．
（4）一氧化碳报警器（如图2）可检测环境中一氧化碳的浓度，其化学反应原理是CO与O₂反应生成CO₂，其工作原理是当CO通过外壳上的气孔经透气膜扩散到电极上时，在电极表面催化剂的作用下，在水的参与下被氧化，该电极的电极反应式为CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-24.8kJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2kJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂（g）△H=+19.3kJ/mol
依据盖斯定律①×3-（③×2+②）得到：6CO（g）+6FeO（s）=6Fe（g）+6CO₂（g）的△H，得到热化学方程式．
（2）①升高温度，化学平衡向着吸热方向进行，甲烷的体积分数减小；增加压强，甲烷的体积分数增大，据此回答；
②在恒温、恒压的条件下，向上述平衡体系中通人氮气，相当于体系减压，所以平衡正向移动；
（3）①根据平衡常数表达式结合三行式计算化学平衡常数；转化率等于变化量和初始量的比值；
（4）CO与O₂反应生成CO₂的燃料电池负极上是燃料燃烧的反应，据此回答．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-24.8kJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2kJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂（g）△H=+19.3kJ/mol
依据盖斯定律①×3-（③×2+②）得到：6CO（g）+6FeO（s）=6Fe（g）+6CO₂（g）△H=-66KJ/mol；得到热化学方程式为：CO（g）+FeO（s）=Fe（g）+CO₂（g）△H=-11KJ/mol，
故答案为：CO（g）+FeO（s）=Fe（g）+CO₂（g）△H=-11KJ/mol；
（2）①压强不变，升高温度，化学平衡向着吸热方向进行，甲烷的体积分数减小，所以正向进行，反应是吸热的；温度不变，增加压强，甲烷的体积分数增大，所以P₁大；故答案为：吸热；＜；
②在恒温、恒压的条件下，向上述平衡体系中通人氮气，相当于体系减压，所以平衡正向移动，故答案为：向正反应方向；
（3）CO+H₂O（g）?CO₂+H₂，经过5min，反应达到平衡状态，此时测得平均反应速率v（CO₂）=0.01mol/（L•min），得到二氧化碳的变化浓度是0.05，
初始浓度：0.1    0.1            0      0
变化浓度：0.05   0.05        0.05 0.05
平衡浓度：0.05   0.05        0.05 0.05
化学平衡常数K=$\frac{0.05×0.05}{0.05×0.05}$=1，达到平衡时CO的转化率为$\frac{0.05}{0.1}$×100%=50%；
故答案为：1；50%；
（4）CO与O₂反应生成CO₂的燃料电池负极上是燃料燃烧的反应，即CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺，故答案为：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺．

点评 本题涉及热化学、化学平衡的计算以及化学平衡的移动、电化学等方面的知识，属于综合知识的考查题，难度不大．