Question

研究和深度開(kāi)發(fā)CO、CO₂的應(yīng)用對(duì)構(gòu)建生態(tài)文明社會(huì)具有重要的意義．
（1）CO可用于煉鐵，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(xué)方程式為

 

．
（2）分離高爐煤氣得到的CO與空氣可設(shè)計(jì)成燃料電池（以KOH溶液為電解液）．寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)式：

 

．
（3）CO₂和H₂充入一定體積的密閉容器中，在兩種溫度下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）測(cè)得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖．
①曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ

 

K_Ⅱ（填“＞”或“=”或“＜”）．
②一定溫度下，在容積相同且固定的兩個(gè)密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時(shí)間后達(dá)到平衡．

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

若甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開(kāi)始的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則c的取值范圍為

 

．
③一定溫度下，此反應(yīng)在恒壓容器中進(jìn)行，能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

 

．
a．容器中壓強(qiáng)不變     b．H₂的體積分?jǐn)?shù)不變   c．c（H₂）=3c（CH₃OH）d．容器中密度不變     e．2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H-H斷裂
（4）將燃煤廢氣中的CO₂轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為：2CO₂（g）+6H₂（g） 

催化劑  .

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）．已知一定條件下，該反應(yīng)中CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、投料比

n(H2)

n(CO2)

的變化曲線如下左圖．在其他條件不變時(shí)，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出平衡時(shí)CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)隨投料比

n(H2)

n(CO2)

變化的曲線圖

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,原電池和電解池的工作原理,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線

專題：

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的加減，據(jù)此計(jì)算；
（2）CO燃料電池中，負(fù)極上是CO發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，又因?yàn)殡娊赓|(zhì)是KOH溶液，不會(huì)在電極上放出二氧化碳．
（3）①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物質(zhì)的量少，根據(jù)K=

c(CH3OH)

c(CO)．c3(H2)

判斷；
②根據(jù)平衡三部曲求出甲中平衡時(shí)各氣體的物質(zhì)的量，然后根據(jù)平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持反應(yīng)逆向進(jìn)行來(lái)判斷范圍；
③根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志結(jié)合反應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行判斷；
（4）根據(jù)化學(xué)方程式的系數(shù)可知，CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)在開(kāi)始階段隨投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而增大，當(dāng)體積比是3的時(shí)候，即與反應(yīng)方程中計(jì)量數(shù)一致時(shí)，甲醚的體積分?jǐn)?shù)最大，而在之后會(huì)隨投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而減小，據(jù)此作圖．

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(xué)方程式：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol，
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol；
（2）烷燃料電池以KOH溶液為電解質(zhì)溶液時(shí)，負(fù)極上是CO發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，又因?yàn)殡娊赓|(zhì)是KOH溶液，二氧化碳和氫氧化鉀反應(yīng)得到的是碳酸鉀，即CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O，故答案為：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O；
（3）①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物質(zhì)的量少，則一氧化碳和氫氣的物質(zhì)的量越多，根據(jù)K=

c(CH3OH)

c(CO)．c3(H2)

知，平衡常數(shù)越小，故K_Ⅰ＞K_Ⅱ，故答案為：＞；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始：1        3         0          0
平衡：1-x     3-3x       x          x
甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開(kāi)始時(shí)的0.8倍，即（4-2x）÷4=0.8  
   解得x=0.4mol
依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時(shí)維持反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以全部由生成物投料，c的物質(zhì)的量為1mol，c 的物質(zhì)的量不能低于平衡時(shí)的物質(zhì)的量0.4mol，所以c的物質(zhì)的量為：0.4＜n（c）≤1，
故答案為：0.4＜n（c）≤1；
③由于該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以a．容器中壓強(qiáng)不變時(shí)，則反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，b．當(dāng)H₂的體積分?jǐn)?shù)不變時(shí)，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，c．c（H₂）與c（CH₃OH）的關(guān)系與反應(yīng)進(jìn)行的程度有關(guān)，與起始加入的量也有關(guān)，所以不能根據(jù)它們的關(guān)系判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，d．由于反應(yīng)容器的體積不變，氣體質(zhì)量守恒，所以容器中密度不變，不能判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，e．2個(gè)C=O斷裂描述的正反應(yīng)速率，6個(gè)H-H斷裂也是描述的正反應(yīng)速率，所以不能判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，故不能判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，
故選ab；
（4）根據(jù)化學(xué)方程式的系數(shù)可知，CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)在開(kāi)始階段隨投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而增大，當(dāng)體積比是3的時(shí)候，即與反應(yīng)方程中計(jì)量數(shù)一致時(shí)，甲醚的體積分?jǐn)?shù)最大，而在之后會(huì)隨投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而減小，所以畫出的圖為，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了化學(xué)反應(yīng)常數(shù)、化學(xué)平衡以及原電池原理的運(yùn)用，化學(xué)平衡的圖象等知識(shí)，難度不大，根據(jù)所學(xué)知識(shí)即可完成．