Question

（13分）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）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）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，请在右图中画出平衡时CH₃OCH₃的体积分数随投料比[n（H₂） / n（CO₂）]变化的曲线图。

Answer

（1）Fe2O3（s） + 3CO（s）＝2Fe（s） + 3CO2（g） ΔH 1＝—28.5kJ·mol－1

（2）CO+4OH——2e—＝CO32—+2H2O （3）②＞ ②0.4＜c≤1 ③bd

（4）

【解析】

试题分析：（1）已知：①Fe2O3（s） + 3C（s）＝2Fe（s） + 3CO（g） ΔH 1＝+489.0 kJ·mol－1，②C（s） +CO2（g）＝2CO（g） ΔH 2 ＝+172.5 kJ·mol－1，则根据盖斯定律可知①—②×3即得到CO还原Fe2O3（s）的热化学方程式为Fe2O3（s） + 3CO（s）＝2Fe（s） + 3CO2（g） ΔH 1＝—28.5kJ·mol－1。

（2）原电池中负极失去电子，则CO在负极通入，电解质显碱性，则该电池的负极反应式为CO+4OH——2e—＝CO32—+2H2O。

（3）①曲线Ⅱ首先达到平衡状态，说明温度高。但温度高甲醇的含量低，这说明升高温度平衡显逆反应方向移动，所以正方应是放热反应，则曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ＞KⅡ。

② CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始量（mol） 1 3 0 0

转化量（mol） x 3x x x

平衡量（mol） 1-x 3-3x x x

则

解得x＝0.4

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＞0.4。由于起始时CO2是1mol，所以甲醇的物质的量不能超过1.0mol。

③在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。a．由于保持恒压，因此容器中压强不变不能说明反应达到平衡状态，a错误；b．H2的体积分数不变可以说明反应达到平衡状态，b正确；c．c（H2）＝3c（CH3OH）不能说明正逆反应速率相等，所以不能说明反应达到平衡状态，c错误；d．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量不变，压强不变，则容器容积减小，所以当密度不变时可以说明反应达到平衡状态，d正确；e．2个C＝O断裂的同时有6个H－H断裂均表示正反应速率，不能说明反应达到平衡状态，e错误，答案选bd。

（4）根据图像可知随着投料比[n（H2） / n（CO2）]的增大二甲醚的含量逐渐增大。又根据方程式可知投料比[n（H2） / n（CO2）]＝3时二甲醚的含量最高，所以图像可表示为

。

考点：考查盖斯定律、电化学、平衡状态计算与判断、外界条件对平衡状态的影响等