Question

（13分）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） ΔH 1＝+489.0 kJ·mol－1，

C（s）+CO2（g）＝2CO（g） ΔH 2 ＝+172.5 kJ·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(xiě)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(xiàn)I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ KⅡ（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）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(xiàn)如下左圖。在其他條件不變時(shí)，請(qǐng)?jiān)谟覉D中畫(huà)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(xiàn)圖。

Answer 1

（1）Fe2O3（s） + 3CO（s）＝2Fe（s） + 3CO2（g） ΔH 1＝—28.5kJ·mol－1

（2）CO+4OH——2e—＝CO32—+2H2O （3）②＞ ②0.4＜c≤1 ③bd

（4）

【解析】

試題分析：（1）已知：①Fe2O3（s） + 3C（s）＝2Fe（s） + 3CO（g） ΔH 1＝+489.0 kJ·mol－1，②C（s） +CO2（g）＝2CO（g） ΔH 2 ＝+172.5 kJ·mol－1，則根據(jù)蓋斯定律可知①—②×3即得到CO還原Fe2O3（s）的熱化學(xué)方程式為Fe2O3（s） + 3CO（s）＝2Fe（s） + 3CO2（g） ΔH 1＝—28.5kJ·mol－1。

（2）原電池中負(fù)極失去電子，則CO在負(fù)極通入，電解質(zhì)顯堿性，則該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CO+4OH——2e—＝CO32—+2H2O。

（3）①曲線(xiàn)Ⅱ首先達(dá)到平衡狀態(tài)，說(shuō)明溫度高。但溫度高甲醇的含量低，這說(shuō)明升高溫度平衡顯逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以正方應(yīng)是放熱反應(yīng)，則曲線(xiàn)I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ＞KⅡ。

② CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始量（mol） 1 3 0 0

轉(zhuǎn)化量（mol） x 3x x x

平衡量（mol） 1-x 3-3x x x

則

解得x＝0.4

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＞0.4。由于起始時(shí)CO2是1mol，所以甲醇的物質(zhì)的量不能超過(guò)1.0mol。

③在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(shí)（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱(chēng)為化學(xué)平衡狀態(tài)。a．由于保持恒壓，因此容器中壓強(qiáng)不變不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，a錯(cuò)誤；b．H2的體積分?jǐn)?shù)不變可以說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，b正確；c．c（H2）＝3c（CH3OH）不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，所以不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，c錯(cuò)誤；d．密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量不變，壓強(qiáng)不變，則容器容積減小，所以當(dāng)密度不變時(shí)可以說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，d正確；e．2個(gè)C＝O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H－H斷裂均表示正反應(yīng)速率，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，e錯(cuò)誤，答案選bd。

（4）根據(jù)圖像可知隨著投料比[n（H2） / n（CO2）]的增大二甲醚的含量逐漸增大。又根據(jù)方程式可知投料比[n（H2） / n（CO2）]＝3時(shí)二甲醚的含量最高，所以圖像可表示為

。

考點(diǎn)：考查蓋斯定律、電化學(xué)、平衡狀態(tài)計(jì)算與判斷、外界條件對(duì)平衡狀態(tài)的影響等