Question

7．CO在人類社會的發展過程中扮演著多重角色．既有其為人類服務”功臣”的一面，也有作為大氣重要污染物“罪人”的一面．請回答下列問題：
（1）CO是工業冶煉金屬的重要還原劑之一，已知下列熱化學方程式：
①Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-24.8KJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2KJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂（g）△H=+19.3KJ/mol
則CO還原FeO的熱化學方程式是CO（g）+FeO（s）=Fe（g）+CO₂（g）△H=-11KJ/mol．
（2）工業上可利用甲烷與水蒸氣反應制備CO原料氣：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）．圖1是CH₄（g）與H₂O（g）體積比為1：3時，平衡體系中甲烷的體積分數受溫度、壓強影響的關系圖：

①甲烷與水蒸氣制備CO的反應為吸熱（填“放熱”或“吸熱”）反應，壓強：P₂＜P₁（填“＞”或“＜”）．
②在恒溫、恒壓的條件下，向上述平衡體系中通人氮氣，平衡向正反應方向（填“向正反應方向”“向逆反應方向”或“不”）移動．
（3）CO與水蒸氣反應可制備氫氣：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H＜0．已知800℃時，在容積為2L的恒容密閉容器中充入0.2mol水蒸氣和0.2molCO發生上述可逆反應．經過5min，反應達到平衡狀態，此時測得平均反應速率v（CO₂）=0.01mol/（L•min），則該溫度下的平衡常數K=1，達到平衡時CO的轉化率為50%．
（4）一氧化碳報警器（如圖2）可檢測環境中一氧化碳的濃度，其化學反應原理是CO與O₂反應生成CO₂，其工作原理是當CO通過外殼上的氣孔經透氣膜擴散到電極上時，在電極表面催化劑的作用下，在水的參與下被氧化，該電極的電極反應式為CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-24.8kJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2kJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂（g）△H=+19.3kJ/mol
依據蓋斯定律①×3-（③×2+②）得到：6CO（g）+6FeO（s）=6Fe（g）+6CO₂（g）的△H，得到熱化學方程式．
（2）①升高溫度，化學平衡向著吸熱方向進行，甲烷的體積分數減小；增加壓強，甲烷的體積分數增大，據此回答；
②在恒溫、恒壓的條件下，向上述平衡體系中通人氮氣，相當于體系減壓，所以平衡正向移動；
（3）①根據平衡常數表達式結合三行式計算化學平衡常數；轉化率等于變化量和初始量的比值；
（4）CO與O₂反應生成CO₂的燃料電池負極上是燃料燃燒的反應，據此回答．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-24.8kJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2kJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂（g）△H=+19.3kJ/mol
依據蓋斯定律①×3-（③×2+②）得到：6CO（g）+6FeO（s）=6Fe（g）+6CO₂（g）△H=-66KJ/mol；得到熱化學方程式為：CO（g）+FeO（s）=Fe（g）+CO₂（g）△H=-11KJ/mol，
故答案為：CO（g）+FeO（s）=Fe（g）+CO₂（g）△H=-11KJ/mol；
（2）①壓強不變，升高溫度，化學平衡向著吸熱方向進行，甲烷的體積分數減小，所以正向進行，反應是吸熱的；溫度不變，增加壓強，甲烷的體積分數增大，所以P₁大；故答案為：吸熱；＜；
②在恒溫、恒壓的條件下，向上述平衡體系中通人氮氣，相當于體系減壓，所以平衡正向移動，故答案為：向正反應方向；
（3）CO+H₂O（g）?CO₂+H₂，經過5min，反應達到平衡狀態，此時測得平均反應速率v（CO₂）=0.01mol/（L•min），得到二氧化碳的變化濃度是0.05，
初始濃度：0.1    0.1            0      0
變化濃度：0.05   0.05        0.05 0.05
平衡濃度：0.05   0.05        0.05 0.05
化學平衡常數K=$\frac{0.05×0.05}{0.05×0.05}$=1，達到平衡時CO的轉化率為$\frac{0.05}{0.1}$×100%=50%；
故答案為：1；50%；
（4）CO與O₂反應生成CO₂的燃料電池負極上是燃料燃燒的反應，即CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺，故答案為：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺．

點評 本題涉及熱化學、化學平衡的計算以及化學平衡的移動、電化學等方面的知識，屬于綜合知識的考查題，難度不大．