研究和深度開發CO、CO2的應用對構建生態文明社會具有重要的意義．（1）CO可用於鍊鐵，已知：Fe2O3（s）...

問題詳情：

研究和深度開發CO、CO2的應用對構建生態文明社會具有重要的意義．

（1）CO可用於鍊鐵，

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

則CO還原Fe2O3（s）的熱化學方程式為　．

（2）分離高爐煤氣得到的CO與空氣可設計成燃料電池（以KOH溶液為電解液）．寫出該電池的正極反應式：　．

（3）CO2和H2充人一定體積的密閉容器中，在兩種温度下發生反應：

CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g） 測得CH3OH的物質的量隨時間的變化見圖1．

①線Ⅰ、Ⅱ對應的平衡常數大小關係為KI　　KⅡ （填“＞”或“=”或“＜”）．

②一定温度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式加入反應物，一段時間後達到平衡．

若*中平衡後氣體的壓強為開始的0.8倍，要使平衡後乙與*中相同組分的體積分數相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，則c的取值範圍為　．

（4）利用光能和光催化劑，可將CO2和H2O（g）轉化為CH4和O2．紫外光照*時，在不同催化

劑（Ⅰ、Ⅱ，Ⅲ）作用下，CH4產量隨光照時間的變化見圖2．在O～15小時內，CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ從大到小的順序為　　（填序號）．

（5）以TiO2/Cu2Al2O4 為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化成乙*．在不同温度下催化劑的催化效率與乙*的生成速率的關係見圖3．

①乙*的生成速率主要取決於温度影響的範圍是　　．

②Cu2Al2O4可溶於稀**，寫出有關的離子方程式：　　．

【回答】

【考點】化學平衡的影響因素；用蓋斯定律進行有關反應熱的計算；原電池和電解池的工作原理；化學反應速率的影響因素．

【專題】化學平衡圖像；化學平衡專題；化學反應速率專題；電化學專題．

【分析】（1）根據蓋斯定律，由已知熱化學方乘以適當的係數進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的係數並進行相應的加減，據此計算；

（2）CO燃料電池中，負極上是CO發生失電子的氧化反應，正極上是氧氣發生得電子的還原反應，電極反應式為：O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；

（3）①Ⅱ比Ⅰ的*醇的物質的量少，根據K=判斷；

②根據平衡三部曲求出*中平衡時各氣體的物質的量，然後根據平衡後乙與*中相同組分的體積分數相等，且起始時維持反應逆向進行來判斷範圍．

（4）相同時間**的物質的量的變化量越大，表明平均速率越大，相同時間**的物質的量的變化量越小，平均反應速率越小．由圖2可知反應開始後的15小時內，在第Ⅱ種催化劑的作用下，收集的CH4最多，Ⅲ次之，Ⅰ最少．

（5）①根據温度對催化劑活*的影響可知在300℃時失去活*，故得出乙*的生成速率主要取決於温度影響的範圍；

②先將Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2O•Al2O3，再根據氧化物與*反應生成離子方程式，需要注意的是一價銅具有還原*；

【解答】解：（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，得到熱化學方程式：Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=﹣28.5kJ/mol，

故*為：Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=﹣28.5kJ/mol；

（2）CO燃料電池中，負極上是CO發生失電子的氧化反應，正極上是氧氣發生得電子的還原反應，電極反應式為：O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣

，故*為：O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；

（3）①Ⅱ比Ⅰ的*醇的物質的量少，則一氧化碳和*氣的物質的量越多，根據K=知，平衡常數越小，故KⅠ＞KⅡ，故*為：＞；

②CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）

初始：1        3         0          0

平衡：1﹣x     3﹣3x       x          x

*中平衡後氣體的壓強為開始時的0.8倍，即（4﹣2x）÷4=0.8 

   解得x=0.4mol

依題意：*、乙為等同平衡，且起始時維持反應逆向進行，所以全部由生成物投料，c的物質的量為1mol，c 的物質的量不能低於平衡時的物質的量0.4mol，所以c的物質的量為：0.4＜n（c）≤1mol，故*為：0.4＜n（c）≤1mol；

（4）由圖2可知，在0～15h內，**的物質的量變化量為△n（Ⅰ）＜△n（Ⅲ）＜△n（Ⅱ），故在0～15h內，CH4的平均生成速率v（Ⅱ）＞v（Ⅲ）＞v（Ⅰ）；故*為：II＞III＞I；

（5）①温度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，在300℃時失去活*，故以後乙*的生成速率升高是由温度升高導致的，故乙*主要取決於温度影響的範圍為300℃～400℃，故*為：300℃～400℃；

②Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2O•Al2O3，與*反應生成離子方程式：3Cu2Al2O4+32H++2NO3﹣=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O，

故*為：3Cu2Al2O4+32H++2NO3﹣=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O．

【點評】本題主要考查了化學反應常數、化學平衡以及原電池原理的運用，難度不大，根據所學知識即可完成．

知識點：化學反應速率 化學平衡

題型：綜合題