Question

研究和深度開發(fā)CO、CO₂的應(yīng)用對構(gòu)建生態(tài)文明社會具有重要的意義。

(1)CO可用于煉鐵，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， 則CO還原Fe₂O₃(s)的熱化學(xué)方程式為                                                       。

(2)CO與O₂設(shè)計(jì)成燃料電池(以KOH溶液為電解液)。該電池的負(fù)極反應(yīng)式為                                             。

(3)CO₂和H₂充入一定體積的恒容密閉容器中，在兩種溫度下發(fā)生反應(yīng)：CO₂(g) ＋3H₂(g) CH₃OH(g) ＋H₂O(g) 測得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖5。                         

圖5

①該反應(yīng)的ΔH     0(填“大于或小于”)，曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為

K_Ⅰ     K_Ⅱ (填“＞、＝或＜”)。

②一定溫度下，在容積相同且固定的兩個(gè)密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時(shí)間后達(dá)到平衡。

容  器	甲	乙
反應(yīng)物投入量	1 mol CO2、3 mol H2	a molCO2、3a molH2、 b molCH3OH(g)、b molH2O(g)

若甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開始的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則b的取值范圍為       。

(4)利用光能和光催化劑，可將CO₂和H₂O(g)轉(zhuǎn)化為CH₄和O₂。紫外光照射時(shí)，在不同催化劑(I、II、III)作用下，CH₄產(chǎn)量隨光照時(shí)間的變化如圖6。在0～15小時(shí)內(nèi)，CH₄的平均生成速率I、II和III從小到大的順序?yàn)?u>         (填序號)。

                

(5)以TiO₂／Cu₂Al₂O₄為催化劑，可以將CO₂和CH₄直接轉(zhuǎn)化成乙酸。

在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關(guān)系如圖7。

①當(dāng)溫度在       范圍時(shí)，溫度是乙酸生成速率的主要影響因素。

②Cu₂Al₂O₄可溶于稀硝酸，稀硝酸還原產(chǎn)物為NO，寫出有關(guān)的離子方程式                                                                  。

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) 根據(jù)蓋斯定律，熱化學(xué)方程式①－②×3，得出Fe₂O₃ (s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO₂ (g) △H ＝－28.5 kJ·mol^－1

（2）負(fù)極失去電子，CO為負(fù)極產(chǎn)生CO₃^2－，氧氣為正極，負(fù)極為CO + 4OH^－― 2e^－＝ CO₃^2－+ 2H₂O

（3）①由圖像判斷Ⅱ溫度高于I，但I(xiàn)甲醇物質(zhì)的量多，溫度高平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)大，正反應(yīng)吸熱；該反應(yīng)的ΔH>0，K_Ⅰ<K_Ⅱ ，②平衡后物質(zhì)的量為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

轉(zhuǎn)化量0.4     1.2        0.4      0.4     0.8

平衡量 0.6     1.8       0.4       0.4

該反應(yīng)與原反應(yīng)等效平衡，為全等等效，即等效轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物量相等，若保持平衡逆向移動(dòng)，則C>0.4，C最高為1，所以C的取值范圍為0.4＜c≤1

(4) 由圖Ⅱ可知，CH₄的平均生成速率順序?yàn)镮I＞III＞I

（5）①從300℃開始，催化劑對反應(yīng)基本沒有影響，溫度升高，生成乙酸速率增大，所以①當(dāng)溫度在300℃～400℃范圍時(shí)，溫度是乙酸生成速率的主要影響因素；②Cu₂Al₂O₄中銅為+1價(jià)，與硝酸反應(yīng)被氧化為+2價(jià)，硝酸被還原為NO。反應(yīng)的離子方程式為3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^－＝ 6Cu²⁺+ 6Al³⁺+2NO↑+16H₂O。