Question

（14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：

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充人一定体积的密闭容器中，在两种温度下发生反应：

测得CH₃OH的物质的量随时间的变化见图1。

①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为 （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。

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_________。

（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（工、Ⅱ，Ⅲ）作用下，CH₄产量随光照时间的变化见图2。在O～15小时内，CH₄的平均生成速率工、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为_________（填序号）。

（5）以为催化剂，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见图3。

①乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是__________________________________.

②Cu₂Al₂O4可溶于稀硝酸，写出有关的离子方程式：________________________________。

Answer

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

（2）CO +4OH—-2e—＝CO32-+2H2O

（3）①> ② 0.4 < C <1

（4）Ⅱ>Ⅲ>工

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

【解析】

试题分析：（1）将所给的方程式分别标为①、②，把①-②×3可得CO还原Fe2O3(s）的热化学方程式，Fe2O3(s） +3CO(g） ＝2 Fe(s）+3CO2(g） △H=489.0-172.5×3=-28.5kJ·mol-1 。

（2）燃料电池中在负极反应的是燃料，故CO在负极反应，由于是碱性电解质，生成的CO2还要和碱性电解质反应，故电极反应为：CO +4OH—-2e—＝CO32-+2H2O。

（3） 从曲线I、Ⅱ看出I的CH3OH物质的量较大，所以相对于Ⅱ，I是向正反应方向移动，故K1>K2。②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，CH3OH的最大值为1mol，即起始是只有CH3OH和H2O，甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍，根据反应方程式的系数，体系中气体总物质的量减少了4mol-4mol×0.8=0.8mol，气体总物质的量减少0.8mol时生成CH3OH为0.4mol，要让反应向逆向进行，CH3OH的物质的量要大于0.4mol，故c的范围是：0.4 < C <1

（4）从图看出 在O～15小时内，Ⅱ曲线在最上面，Ⅲ在中间，工在最下面，故CH4的平均生成速率Ⅱ>Ⅲ>工。

（5） ①从图看出300℃～400℃时催化剂的催化效率降低，故乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是300℃～400℃。②Cu2Al2O4中的铜的化合价为+1价，故会和稀硝酸发生氧化还原反应，Cu2Al2O4可溶于稀硝酸的离子方程式为：3Cu2Al2O4 +32H++ 2NO3—＝6Cu 2++6 Al3++2NO↑+16H2O

考点：盖斯定律的运用、电极反应的书写、化学图像、化学平衡的移动、氧化还原反应离子方程式的书写。