Question

研究CO、CO₂的应用具有重要的意义。 

（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）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图：  

①由图判断该反应ΔH         0，曲线I、II对应的平衡常数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。

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，此反应在恒容密闭容器中进行，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3个C－H形成

（3）将燃煤废气中的CO转化为二甲醚的反应原理为：

2CO（g） + 4H₂（g） CH₃OCH₃（g） + H₂O（g）。二甲醚与空气可设计成燃料电池，若电解质为碱性。写出该燃料电池的负极反应式                           。根据化学反应原理，分析增加压强对制备二甲醚反应的影响                        。

Answer

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

（2）①＜ ；＞； ②0.4＜c≤1； ③ ab；

（3）CH3OCH3-12 e— +16OH— = 2CO32— +11H2O；该反应分子数减少，压强增加使平衡右移，CH3OCH3产率增加；压强增加使CO和H2浓度增加，反应速率增大。

【解析】

试题分析：（1）①Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJmol-1，

②C（石墨）+CO2(g)=2CO(g) △H2=+172.5kJmol-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）①根据图象可知，线Ⅱ的反应速率大于线Ⅰ，所以线Ⅱ对应的温度高于线Ⅰ，而线Ⅱ对应的甲醇的物质的量小，也就是说温度高反应平衡逆向移动，据此判断反应的△H＜0。根据温度对平衡移动的影响可知，升高温度，平衡向吸热方向移动，而该反应为放热反应，所以升高温度平衡逆向移动，平衡常数变小，即KⅠ＞KⅡ。

故答案为：＜；＞；

②在容积相同且固定的两个密闭容器中，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，则甲、乙两容器中最终形成完全相同的平衡状态，设甲达到平衡时生成CH3OH xmol，依据题意可知得关系式：

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

n(起始/mol) 1 3 0 0

n(变化/mol) x 3x x x

n(平衡/mol) 1-x 3-3x x x

所以有=0.8，解得x=0.4，

因此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：0.4＜c≤1。

故答案为：0.4＜c≤1；

③a．该反应是前后气体分子数不相等的反应，由于此反应在恒容的容器中进行，故容器中的压强不变，能作为平衡的依据，故a正确；

b．当反应未达平衡时，H2 的体积分数会一直减小，故当氢气的体积分数不变时，说明反应达平衡，故b正确；

c．当反应达平衡时，各物质的浓度之间无必然的数值关系，故当c（H2）=3c（CH3OH）时，反应不一定平衡，故c错误；

d．由于此反应是气体的质量不变，由于容器恒容，则气体的密度始终不变，故当容器中密度不变时，不能说明反应达平衡，故错误；

e．2个C=O 断裂的同时必定会有6 个H-H 断裂，不能说明反应达平衡，故e错误。

故选ab；

（3）将燃煤废气中的CO转化为二甲醚的反应原理为：2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g)。当以二甲醚与空气设计成燃料电池，且电解质为碱性，则该燃料电池的负极反应式为：CH3OCH3-12 e— +16OH— = 2CO32— +11H2O；根据化学反应原理可知，该反应分子数减少，压强增加使平衡右移，CH3OCH3产率增加；压强增加使CO和H2浓度增加，反应速率增大。

故答案为：2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g)；该反应分子数减少，压强增加使平衡右移，CH3OCH3产率增加，且压强增加使CO和H2浓度增加，反应速率增大。