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）△H₁=+489.0kJ•mol^﹣1

C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•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）．写出该电池的正极反应式：             ．

（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：

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．

①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    1mol CO₂、3mol H₂    a mol CO₂、b mol H₂、

c mol CH₃OH（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                 ．

（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见图2．在O～15小时内，CH₄的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为              （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）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=﹣28.5kJ/mol；

（2）O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；

（3）0.4＜n（c）≤1mol；

（4）II＞III＞I；

（5）①＞；②3Cu2Al2O4+32H++2NO3﹣=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O

【解析】

（1）Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJ/mol ①

C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJ/mol ②

由①﹣②×3，得到热化学方程式：Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=﹣28.5kJ/mol

（2）CO燃料电池中，负极上是CO发生失电子的氧化反应，正极上是氧气发生得电子的还原反应，电极反应式为：O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣

（3）①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物质的量少，则一氧化碳和氢气的物质的量越多，

根据K=知，平衡常数越小，故KⅠ＞KⅡ，故答案为：＞；

②CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）

初始：1 3 0 0

平衡：1﹣x 3﹣3x x x

甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，即（4﹣2x）÷4=0.8

解得x=0.4mol

依题意：甲、乙为等同平衡，且起始时维持反应逆向进行，所以全部由生成物投料，c的物质的量为1mol，c 的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol，所以c的物质的量为：0.4＜n（c）≤1mol，故答案为：0.4＜n（c）≤1mol；

（4）由图2可知，在0～15h内，甲烷的物质的量变化量为△n（Ⅰ）＜△n（Ⅲ）＜△n（Ⅱ），故在0～15h内，CH4的平均生成速率v（Ⅱ）＞v（Ⅲ）＞v（Ⅰ）；故答案为：II＞III＞I；

（5）①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，在300℃时失去活性，故以后乙酸的生成速率升高是由温度升高导致的，故乙酸主要取决于温度影响的范围为300℃～400℃；②Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2O•Al2O3，与酸反应生成离子方程式：3Cu2Al2O4+32H++2NO3﹣=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O.