Question

【题目】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） 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）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：__________________________________________________。

（3）①CO2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如图。①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ___________________KⅡ（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。

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

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，此反应在恒压容器中进行，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H－H断裂

（4）将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为：2CO2（g） + 6H2（g） CH3OCH3（g） + 3H2O（g）。已知一定条件下，该反应中CO2的平衡转化率随温度、投料比[n(H2) / n(CO2)]的变化曲线如图，若温度不变，提高投料比n(H2)/n(CO2)，则K将__________；该反应△H_________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

Answer 1

【答案】Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+ 3CO2（g）△H=-28.5KJ/mol CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O ＞ 0.4＜c≤1 bd 不变 ＜

【解析】

(1)已知：①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ/mol，②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ/mol，根据盖斯定律有①-②×3可得；

(2)根据原电池负极失去电子发生氧化反应结合电解质环境可得；

(3)①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物质的量少，根据K= 判断；

②根据平衡三段式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根据化学平衡状态的特征分析；

(4)由图可知，投料比一定，温度升高，CO2的平衡转化率减小，根据温度对化学平衡的影响分析可得。

(1)已知：①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ/mol，②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ/mol，根据盖斯定律有①-②×3，得到热化学方程式：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJ/mol；

(2)CO与空气可设计成燃料电池(以KOH溶液为电解液)，负极电极反应为：CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O；

(3)①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物质的量少，则一氧化碳和氢气的物质的量越多，根据K= 可知，平衡常数越小，故KⅠ＞KⅡ；

②

甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，即(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：0.4mol＜n(c)≤1mol；

③a．反应在恒压容器中进行，容器中压强始终不变，故a错误；

b．反应开始，减少，H2的体积分数不变时，反应平衡，故b正确；

c．c(H2)与c(CH3OH)的关系与反应进行的程度有关，与起始加入的量也有关，所以不能根据它们的关系判断反应是否处于平衡状态，故c错误；

d．根据ρ=，气体的质量不变，反应开始，体积减小，容器中密度不变时达到平衡，故d正确；

e．C=O断裂描述的正反应速率，H-H断裂也是描述的正反应速率，故e错误；

故答案为：bd；

(4)由图可知，投料比一定，温度升高，CO2的平衡转化率减小，说明温度升高不利于正反应，即正反应为放热反应△H＜0；K只与温度有关，温度不变，提高投料比，K不变。