Question

9．研究和深度開發CO、CO₂的應用對構建生態文明社會具有重要的意義．
（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
 則CO還原Fe₂O₃（s）的熱化學方程式為Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ•mol^-1．
（2）分離高爐煤氣得到的CO與空氣可設計成燃料電池（以KOH溶液為電解液）．
寫出該電池的負極反應式：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O．
（3）CO₂和H₂充入一定體積的密閉容器中，在兩種溫度下發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g） 測得CH₃OH的物質的量隨時間的變化見圖．
①曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為K_Ⅰ＞K_Ⅱ（填“＞”或“=”或“＜”）．

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

②一定溫度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式加入反應物，一段時間后達到平衡．若甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，則c的取值范圍為0.4＜n（c）≤1．
③一定溫度下，此反應在恒壓容器中進行，能判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是bd．
a．容器中壓強不變     b．H₂的體積分數不變   c．c（H₂）=3c（CH₃OH）
d．容器中密度不變     e．2個C=O斷裂的同時有6個H-H斷裂．

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由蓋斯定律①-②×3計算得到；
（2）CO燃料電池中，負極上是CO發生失電子的氧化反應，正極上是氧氣發生得電子的還原反應，又因為電解質是KOH溶液，不會在電極上放出二氧化碳；
（3）①II平衡時間小于I，說明II反應速率大于I，且平衡時II中CH₃OH的物質的量小于I，說明平衡向逆反應方向移動，則只能是升高溫度，溫度越高，化學平衡常數越小；
②根據平衡三部曲求出甲中平衡時各氣體的物質的量，然后根據平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，且起始時維持反應逆向進行來判斷范圍；
③達到反應平衡狀態時，在一定條件下的可逆反應里，正反應速率和逆反應速率相等，反應混合物中各組成成分的百分含量保持不變，該反應就達到平衡狀態，據此分析解答．

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由蓋斯定律①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1；
（2）烷燃料電池以KOH溶液為電解質溶液時，負極上是CO發生失電子的氧化反應，又因為電解質是KOH溶液，二氧化碳和氫氧化鉀反應得到的是碳酸鉀，即CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O，
故答案為：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O；
（3）①II平衡時間小于I，說明II反應速率大于I，且平衡時II中CH₃OH的物質的量小于I，說明平衡向逆反應方向移動，則只能是升高溫度，即II的溫度大于I，溫度越高，平衡向逆反應方向移動，導致化學平衡常數越小，所以K_Ⅰ＞K_Ⅱ，
故答案為：＞；
②設二氧化碳反應量為x
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始量（mol）：1        3           0          0
轉化量（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為開始時的0.8倍，即$\frac{4-2x}{4}$=0.8
解得x=0.4mol
依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時維持反應逆向進行，所以全部由生成物投料，c的物質的量為1mol，c 的物質的量不能低于平衡時的物質的量0.4mol，所以c的物質的量為：0.4＜n（c）≤1mol，
故答案為：0.4＜n（c）≤1．
③a、在恒壓容器中進行，壓強一直不變，所以不能判斷達到了平衡狀態，故錯誤；
b、H₂的體積分數不變，則正逆反應速率相等，表明反應達到平衡狀態，故正確；
c．c（H₂）=3c（CH₃OH），與反應物開始的量和轉化率有關，則不能判斷達到了平衡狀態，故錯誤；
d．反應前后質量不變，但體積一直在變，所以容器中密度不變，表明反應達到平衡狀態，故正確；
e．2個C=O斷裂的同時有6個H-H斷裂，都是指正反應方向，所以不能判斷達到了平衡狀態，故錯誤；
故選：bd．

點評 本題主要考查了化學反應常數、化學平衡以及原電池原理的運用，難度不大，根據所學知識即可完成．