Question

19．研究和深度開發(fā)CO、CO₂的應用對構建生態(tài)文明社會具有重要的意義．
（1）CO 可用于煉鐵
已知：Fe₂O₃（s）+3C（g）=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）尾氣中的CO 主要來自于汽油不完全燃燒．有人設想按下列反應除去CO：
2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H=+221KJ•mol^-1，簡述該設想能否實現(xiàn)的依據(jù)：該反應是焓增、熵減的反應，任何溫度下均不能自發(fā)進行．
（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：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）測得CH₃OH 的物質的量隨時間的變化如圖1 所示．
①曲線I、Ⅱ對應的平衡常數(shù)大小關系為K_Ⅰ＞ K_Ⅱ（填“＞”或“=”或“＜”）．
②一定溫度下，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(tài)的依據(jù)是bd．
a．容器中壓強不變     b．H₂ 的體積分數(shù)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
（4）利用光能和光催化劑，可將CO₂ 和H₂O（g）轉化為CH₄ 和O₂．紫外光照射時，在不同催化劑（I、II、III）作用下，CH₄ 產量隨光照時間的變化如圖2．在0～15 小時內，CH₄ 的平均生成速率I、II 和III 從小到大的順序為II＞III＞I（填序號）．
（5）以TiO₂/Cu₂Al₂O₄ 為催化劑，可以將CO₂ 和CH₄ 直接轉化成乙酸．在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系如圖3：
①當溫度在300℃～400℃ 范圍時，溫度是乙酸生成速率的主要影響因素．
②Cu₂Al₂O₄難溶于水，可溶于濃硝酸并放出紅棕色氣體，寫出反應的離子方程Cu₂Al₂O₄+12H⁺+2NO₃^-=2Cu²⁺+2Al⁵⁺+2NO₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式，①-②×3得到；
（2）依據(jù)反應自發(fā)進行的條件是△H-T△S＜0分析判斷；
（3）①根據(jù)溫度對平衡移動的影響可知，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，據(jù)此判斷平衡常數(shù)的變化
②當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，據(jù)此解答，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（4）在0～15小時內，相同時間內甲烷的產量越大，說明反應速率越快；
（5）①從300℃開始，催化劑對反應基本沒有影響，溫度升高，生成乙酸速率增大；
②Cu₂Al₂O₄中銅為+1價，與硝酸反應被氧化為+2價，硝酸被還原為NO．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①-②×3得到熱化學方程式為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1；
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1；
（2）2CO（g）═2C（s）+O₂（g）△H=+221kJ•mol^-1，反應是焓變增大，熵變減小的反應，△H＞0，△S＜0，則△H-T△S＞0，反應任何溫度下都不能自發(fā)進行；
故答案為：該反應是焓增、熵減的反應，任何溫度下均不能自發(fā)進行；
（3）①根據(jù)溫度對平衡移動的影響可知，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，而該反應為放熱反應，所以升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)變小，即K_Ⅰ＞K_Ⅱ，
故答案為：＞；
②a．由于此反應在恒壓的溶液中進行，故容器中的壓強一直不變，故不能作為平衡的依據(jù)，故a錯誤；
b．當反應未達平衡時，H₂ 的體積分數(shù)會一直減小，故當氫氣的體積分數(shù)不變時，說明反應達平衡，故b正確；
c．當反應達平衡時，各物質的濃度之間無必然的數(shù)值關系，故當c（H₂）=3c（CH₃OH）時，反應不一定平衡，故c錯誤；
d．由于此反應是氣體的質量不變、氣體的物質的量減小的反應，由于容器恒壓，故在未達平衡時，容器的體積在減小，則氣體的密度會增大，故當容器中密度不變時，說明反應達平衡，故d正確；
e．2個C=O 斷裂的同時必定會有6 個H-H 斷裂，不能說明反應達平衡，故e錯誤．
故選bd；
（4）在0～15小時內，相同時間內甲烷的產量越大，說明反應速率越快，由圖Ⅱ可知，CH₄的平均生成速率順序為II＞III＞I，
故答案為：II＞III＞I；
（5）①從300℃開始，催化劑對反應基本沒有影響，溫度升高，生成乙酸速率增大，所以①當溫度在300℃～400℃范圍時，溫度是乙酸生成速率的主要影響因素，
故答案為：300℃～400℃；
②Cu₂Al₂O₄中銅為+1價，與硝酸反應被氧化為+2價，硝酸被還原為NO，反應的離子方程式為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O．

點評 本題主要考查了熱化學方程式的書寫、化學平衡的計算及氧化還原反應方程式的書寫，綜合性較強，有一定的難度，是高考的熱點和難點．