Question

13．碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一种理想，更是一种值得期待的新的生活方式．
（1）将CO₂与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等．
①已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
则CO还原Fe₂O₃的热化学方程式为Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol；
②氯化钯（PdCl₂）溶液常被应用于检测空气中微量CO．PdCl₂被还原成单质，反应的化学方程式为PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（2）将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入C₃H₈和O₂构成丙烷燃料电池．
①负极电极反应式是：C₃H₈+26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；
②某同学利用丙烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe（OH）₂的实验装置（如图所示），通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色．下列说法中正确的是ABD（填序号）
A．电源中的a一定为正极，b一定为负极
B．可以用NaCl溶液作为电解液
C．A、B两端都必须用铁作电极
D．阴极发生的反应是：2H⁺+2e^-=H₂↑
（3）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
		H2O	CO	CO2
1	650	2	4	1.6	5
2	900	1	2	0.4	3
3	900	1	2	0.4	1

①该反应的正反应为放（填“吸”或“放”）热反应；
②实验2中，平衡常数K=$\frac{1}{6}$；
③实验3跟实验2相比，改变的条件可能是使用了催化剂或增大了压强（答一种情况即可）．

Answer 1

分析 （1）已知①Fe₂O₃（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
由盖斯定律可知①-②×3，得到热化学方程式：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g），以此计算△H；
②氧化还原反应规律，CO与PdCl₂溶液反应，PdCl₂被还原成单质，则CO被氧化成CO₂，根据质量守恒定律，有水参与反应同时生成氯化氢；
（2）①C₃H₈和O₂构成丙烷燃料电池的总反应：C₃H₈+5O₂+6OH^-=3CO₃^2-+7H₂O，正极发生还原反应，电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，保证电子守恒时总反应减去正极反应得到负极反应；
②A、因为生成的氢气将装置中原有氧气溢出，所以氢气从B端阴极析出，A电极则是铁做阳极失去电子生成亚铁离子，电源中的a与A相连；
B、电解池中阳极是铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，阴极是溶液中的氢离子得电子发生还原反应；
C、阳极应该用铁电极，Fe失去电子；
D、阴极氢离子放电生成H₂；
（3）①实验1中CO的转化率为$\frac{1.6mol}{4mol}$×100%=40%，实验2中CO的转化率为$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%，则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动；②H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始   1mol/L    2mol/L           0                    0
转化  0.4mol/L   0.4mol/L     0.4mol/L    0.4mol/L
平衡  0.6mol/L    1.6mol/L    0.4mol/L    0.4mol/L
结合平衡浓度计算K；
③实验3跟实验2相比，温度相同，浓度相同，但实验3达到平衡所用时间少，反应速率更大，但平衡状态没有发生移动．

解答 解：（1）已知①Fe₂O₃（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
由盖斯定律可知①-②×3，得到热化学方程式：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol，
故答案为：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol；
②氧化还原反应规律，CO与PdCl₂溶液反应，PdCl₂被还原成单质，则CO被氧化成CO₂，根据质量守恒定律，有水参与反应同时生成氯化氢，反应的化学方程式为PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl，
故答案为：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（2）C₃H₈和O₂构成丙烷燃料电池的总反应：C₃H₈+5O₂+6OH^-=3CO₃^2-+7H₂O，正极发生还原反应，电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，负极发生氧化反应，电极反应式为：C₃H₈+26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O，
故答案为：C₃H₈+26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；
②A、因为生成的氢气将装置中原有氧气溢出，所以氢气从B端阴极析出，A电极则是铁做阳极失去电子生成亚铁离子，电源中的a与A相连，则a为正极，b与B相连，则b为负极，故A正确；
B，、电解池中阳极是铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，阴极是溶液中的氢离子得电子发生还原反应，所以电解质溶液中的阴离子不会在阳极失电子，所以选用NaCl溶液不影响实验，故B正确；
C，、阳极应该用铁电极，阴极可以是铁也可以是其他惰性电极，故C错误；
D，、阴极氢离子放电，其电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，故D正确；
故选：ABD；
（3）①实验1中CO的转化率为$\frac{1.6mol}{4mol}$×100%=40%，实验2中CO的转化率为$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%，则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应放热，
故答案为：放；
②H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始   1mol/L    2mol/L           0               0
转化  0.4mol/L   0.4mol/L     0.4mol/L    0.4mol/L
平衡  0.6mol/L    1.6mol/L    0.4mol/L    0.4mol/L
则K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{0.6×1.6}$=$\frac{1}{6}$，
故答案为：$\frac{1}{6}$；
③实验3跟实验2相比，温度相同，浓度相同，但实验3达到平衡所用时间少，反应速率更大，但平衡状态没有发生移动，应是使用了催化剂，又由于反应前后气体体积不变，则增大了压强，平衡也不移动，也可能为压强的增大，
故答案为：使用了催化剂或增大了压强．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握平衡移动影响因素、平衡常数计算、盖斯定律应用、电极反应为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，题目难度中等．