Question

2．研究CO₂的利用對促進(jìn)低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義．
（1）將CO₂與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等．
①已知：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^-1
則CO還原Fe₂O₃的熱化學(xué)方程式為3CO（g）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+3CO（g）△H=-28.5kJ•mol^-1．
②已知Fe與CO可形成五羰基鐵[Fe（CO）₅]，該化合物相當(dāng)活潑易吸收H₂生成氫化羰基鐵．氫化羰基鐵為二元弱酸，可與NaOH反應(yīng)生成四羰基鐵酸二鈉．試寫出五羰基鐵吸收H₂的反應(yīng)方程式Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO．
③利用燃燒反應(yīng)可設(shè)計(jì)成CO/O₂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CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O．
（2）某實(shí)驗(yàn)將CO₂和H₂充入一定體積的密閉容器中，在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
測得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時間變化如下圖所示，回答問題：
①曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ大于K_Ⅱ（填“大于”、“等于”或“小于”）．
②一定溫度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式投入反應(yīng)物，一段時間后達(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)為開始時的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時維持反應(yīng)逆向進(jìn)行，則c的取值范圍為0.4＜c≤1 ．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到熱化學(xué)方程式；
②氫化羰基鐵為二元弱酸，結(jié)合原子守恒分析書寫化學(xué)方程式；
③CO-O₂燃料電池（以KOH溶液為電解液），依據(jù)原電池原理，負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）①依據(jù)圖象分析可知先拐先平，溫度高，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；
②根據(jù)平衡三段式求出甲中平衡時各氣體的物質(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，且起始時維持反應(yīng)逆向進(jìn)行來判斷范圍．

解答 解：（1）①已知：a、Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
b、C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律a-b×3得到：3CO（g）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+3CO（g）△H=-28.5kJ•mol^-1，
故答案為：3CO（g）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+3CO（g）△H=-28.5kJ•mol^-1；
②Fe與CO可形成五羰基鐵[Fe（CO）₅]，該化合物相當(dāng)活潑，易于吸收H₂生成氫化羰基鐵，氫化羰基鐵為二元弱酸，可與NaOH反應(yīng)生成四羰基鐵酸二鈉，依據(jù)題干信息推知，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO，
故答案為：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO；
③CO-O₂燃料電池（以KOH溶液為電解液），一氧化碳在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳在溶液中生成碳酸鉀，原電池負(fù)極電極反應(yīng)為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O，
故答案為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O；
（2）①圖象分析可知先拐先平，Ⅱ溫度高，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，所以K_Ⅰ＞K_Ⅱ，
故答案為：大于；
②設(shè)二氧化碳反應(yīng)量為x
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始量（mol）：1        3           0          0
轉(zhuǎn)化量（mol）：x        3x          x          x
平衡量（mol）：1-x       3-3x        x          x
甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開始時的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的物質(zhì)的量0.4mol，所以c的物質(zhì)的量為：0.4＜n（c）≤1mol，
故答案為：0.4＜n（c）≤1．

點(diǎn)評 本題考查知識點(diǎn)較多，涉及反應(yīng)熱的計(jì)算、電極反應(yīng)式的書寫、平衡狀態(tài)的判斷以及外界條件對平衡移動的影響等問題，題目難度中等，本題注意把握三段式的計(jì)算方法以及平衡常數(shù)的運(yùn)用．