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)  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

K_Ⅰ     K_Ⅱ (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	1 mol CO2、3 mol H2	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)。

                

(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                                                                  。

Answer 1

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

（2）CO + 4OH^－― 2e^－＝ CO₃^2－+ 2H₂O（3）①＞ < ②0.4＜c≤1（4）II＞III＞I

（5）①300℃～400℃ ②3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^－＝ 6Cu²⁺+ 6Al³⁺+2NO↑+16H₂O

【解析】(1) 根据盖斯定律，热化学方程式①－②×3，得出Fe₂O₃ (s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO₂ (g) △H ＝－28.5 kJ·mol^－1

（2）负极失去电子，CO为负极产生CO₃^2－，氧气为正极，负极为CO + 4OH^－― 2e^－＝ CO₃^2－+ 2H₂O

（3）①由图像判断Ⅱ温度高于I，但I甲醇物质的量多，温度高平衡正向移动，平衡常数大，正反应吸热；该反应的ΔH>0，K_Ⅰ<K_Ⅱ ，②平衡后物质的量为4×0.8=3.2mol Δn=4－3.2=0.8mol   CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g) Δn=2

起始量 1        3

转化量0.4     1.2        0.4      0.4     0.8

平衡量 0.6     1.8       0.4       0.4

该反应与原反应等效平衡，为全等等效，即等效转化为反应物量相等，若保持平衡逆向移动，则C>0.4，C最高为1，所以C的取值范围为0.4＜c≤1

(4) 由图Ⅱ可知，CH₄的平均生成速率顺序为II＞III＞I

（5）①从300℃开始，催化剂对反应基本没有影响，温度升高，生成乙酸速率增大，所以①当温度在300℃～400℃范围时，温度是乙酸生成速率的主要影响因素；②Cu₂Al₂O₄中铜为+1价，与硝酸反应被氧化为+2价，硝酸被还原为NO。反应的离子方程式为3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^－＝ 6Cu²⁺+ 6Al³⁺+2NO↑+16H₂O。