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)   ΔH₁＝+489.0kJ·mol^－1，

C(s)+CO₂(g)＝2CO(g)   ΔH₂＝+172.5kJ·mol^－1。

则反应Fe₂O₃(s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO₂(g)   ΔH ＝           kJ·mol^－1。

（2）以KOH溶液为电解质溶液，将CO与O₂设计成燃料电池。则通入CO的一极为该燃料电池的         极，其电极反应式为                   。

（3）CO₂和H₂充入一定体积的恒容密闭容器中，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如图1。

①该反应的ΔH             0（填“＞、＝或＜”），曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ           K_Ⅱ （填“＞、＝或＜”）。

②120℃时在固定的密闭容器中加入1 molCO₂、3 molH₂，一段时间后上述反应达到平衡。若平衡后气体的压强为开始的0.8倍，则此时CH₃OH的体积分数为            。

（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如图2。在0～15小时内，CH₄的平均生成速率I、II和III从小到大的顺序为             （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如图3。

①当温度在            范围时，温度是乙酸生成速率的主要影响因素。

②Cu₂Al₂O₄可溶于稀硝酸，稀硝酸还原产物为NO，写出有关的离子方程式               。

Answer

（1）－28.5；(2)负，CO＋4OH－－2e－=CO32－＋2H2O；

(3)①<，>；②12.5%或1/8；(4)I<Ⅲ<Ⅱ；

(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) ，②C(s) +CO2(g)＝2CO(g) ，①－3×②得出△H=△H1－△H2×3=－28.5kJ·mol－1；(2)构成燃料电池CO在负极上失去电子，环境是碱性，因此反应式为CO＋4OH－－2e－=CO32－＋2H2O；(3)①根据图1，温度越高反应速率越快，达到平衡所用的时间越短，即II的温度高于I，随着温度的升高，甲醇的物质的量降低，根据勒夏特列原理，正反应方向是放热反应，△H<0；化学平衡常数只受温度的影响，因为正反应方向是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，即K1>KII；②CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g)

起始：1 3 0 0

变化：x 3x x x

平衡：1－x 3－3x x x

压强之比等于物质的量之比，4/(4－2x)=1/0.8，解得x=0.4，甲醇的体积分数为0.4/(4－2×0.4)×100%=12.5%；（4）根据图2，相同的时间内，甲烷的变化量越大，化学反应速率越快，即I<Ⅲ<Ⅱ；（5）①根据图2，300℃～400℃，温度是乙酸生成速率的主要影响因素；②Cu2Al2O4中氧显－2价，Al显＋3价，铜显＋1价，和硝酸发生氧化还原反应，根据化合价升降法进行配平，离子反应方程式为：3Cu2Al2O4＋32H＋＋2NO3－=6Cu2＋＋6Al3＋＋2NO↑＋16H2O。

考点：考查热化学反应方程式的计算、电极反应式的书写、勒夏特列原理、化学常数、化学平衡计算、氧化还原反应方程式的书写等知识。