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。

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__________。

（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0～15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=-28.5kJmol-1；

（2）CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；（3）①＞；②0.4＜n(c)≤1mol，

（4）Ⅱ＞Ⅲ＞I；（5）①300℃～400℃；②3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O。

【解析】

试题分析：（1）①Fe2O3(s)+3C(s)═2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ•mol-1②C(s)+CO2(g)═2CO(g) △H2=+172.5kJ•mol-1，由盖斯定律①-②×3得到Fe2O3(s)+3CO(g)⇌2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJmol-1，故答案为：Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJmol-1；

（2）烷燃料电池以KOH溶液为电解质溶液时，负极上是CO发生失电子的氧化反应，又因为电解质是KOH溶液，二氧化碳和氢氧化钾反应得到的是碳酸钾，即CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O，故答案为：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；

（3）①II平衡时间小于I，说明II反应速率大于I，且平衡时II中CH3OH的物质的量小于I，说明平衡向逆反应方向移动，则只能是升高温度，即II的温度大于I，温度越高，平衡向逆反应方向移动，导致化学平衡常数越小，所以KⅠ＞KⅡ，故答案为：＞；

②设二氧化碳反应量为x

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初始量(mol)： 1 3 0 0

转化量(mol)： x 3x x x

平衡量(mol)： 1-x 3-3x x x

甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，即=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℃，故答案为：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，故答案为：3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O。

【考点定位】考查用盖斯定律进行有关反应热的计算；化学平衡的影响因素

【名师点晴】本题主要考查了热化学方程式的计算与书写、电极反应的书写、化学平衡的计算及氧化还原反应方程式的书写等知识，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力、化学计算能力。应用盖斯定律进行简单计算时，关键在于设计反应过程，同时注意：①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式)，结合原热化学方程式(一般2～3个)进行合理“变形”，如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数，然后将它们相加、减，得到目标热化学方程式，求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。②当热化学方程式乘、除以某一个数时，ΔH也应相应地乘、除以某一个数；方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“＋”“－”符号，即把ΔH看作一个整体进行运算。③将一个热化学方程式颠倒书写时，ΔH的符号也随之改变，但数值不变。④在设计反应过程中，会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。