Question

9．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）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Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ•mol^-1．
（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：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O．
（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曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ＞K_Ⅱ（填“＞”或“=”或“＜”）．

容  器	甲	乙
反应物投入量	1molCO2、3molH2	a molCO2、b molH2、 c molCH3OH（g）、c molH2O（g）

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0.4＜n（c）≤1．
③一定温度下，此反应在恒压容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是bd．
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6个H-H断裂．

Answer 1

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计算得到；
（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，又因为电解质是KOH溶液，不会在电极上放出二氧化碳；
（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，温度越高，化学平衡常数越小；
②根据平衡三部曲求出甲中平衡时各气体的物质的量，然后根据平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持反应逆向进行来判断范围；
③达到反应平衡状态时，在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变，该反应就达到平衡状态，据此分析解答．

解答 解：（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^-=CO₃^2-+2H₂O，
故答案为：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+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K_Ⅰ＞K_Ⅱ，
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$\frac{4-2x}{4}$=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）≤1．
③a、在恒压容器中进行，压强一直不变，所以不能判断达到了平衡状态，故错误；
b、H₂的体积分数不变，则正逆反应速率相等，表明反应达到平衡状态，故正确；
c．c（H₂）=3c（CH₃OH），与反应物开始的量和转化率有关，则不能判断达到了平衡状态，故错误；
d．反应前后质量不变，但体积一直在变，所以容器中密度不变，表明反应达到平衡状态，故正确；
e．2个C=O断裂的同时有6个H-H断裂，都是指正反应方向，所以不能判断达到了平衡状态，故错误；
故选：bd．

点评 本题主要考查了化学反应常数、化学平衡以及原电池原理的运用，难度不大，根据所学知识即可完成．