Question

【題目】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）CO可用于煉鐵，已知：Fe2O3(s)+3C(s)＝2Fe(s)+3CO(g) ΔH1＝+489.0kJ·mol－1，

C(s)+CO2(g)＝2CO(g) ΔH2＝+172.5kJ·mol－1。

則反應Fe2O3(s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO2(g) ΔH ＝ kJ·mol－1。

（2）以KOH溶液為電解質溶液，將CO與O2設計成燃料電池。則通入CO的一極為該燃料電池的 極，其電極反應式為 。

（3）CO2和H2充入一定體積的恒容密閉容器中，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如圖1。

①該反應的ΔH 0（填“＞、＝或＜”），曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為KⅠ KⅡ （填“＞、＝或＜”）。

②120℃時在固定的密閉容器中加入1 molCO2、3 molH2，一段時間后上述反應達到平衡。若平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍，則此時CH3OH的體積分數為 。

（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 （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 范圍時，溫度是乙酸生成速率的主要影響因素。

②Cu2Al2O4可溶于稀硝酸，稀硝酸還原產物為NO，寫出有關的離子方程式 。

Answer 1

【答案】（1）－28.5；(2)負，CO＋4OH－－2e－=CO32－＋2H2O；

(3)①<，>；②12.5%或1/8；(4)I<Ⅲ<Ⅱ；

(5)①300℃～400℃；②3Cu2Al2O4＋32H＋＋2NO3－=6Cu2＋＋6Al3＋＋2NO↑＋16H2O。

【解析】

試題分析：（1）①Fe2O3(s ) + 3C(s)＝2Fe(s) + 3CO(g) ，②C(s) +CO2(g)＝2CO(g) ，①－3×②得出△H=△H1－△H2×3=－28.5kJ·mol－1；(2)構成燃料電池CO在負極上失去電子，環境是堿性，因此反應式為CO＋4OH－－2e－=CO32－＋2H2O；(3)①根據圖1，溫度越高反應速率越快，達到平衡所用的時間越短，即II的溫度高于I，隨著溫度的升高，甲醇的物質的量降低，根據勒夏特列原理，正反應方向是放熱反應，△H<0；化學平衡常數只受溫度的影響，因為正反應方向是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向進行，即K1>KII；②CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g)

起始：1 3 0 0

變化：x 3x x x

平衡：1－x 3－3x x x

壓強之比等于物質的量之比，4/(4－2x)=1/0.8，解得x=0.4，甲醇的體積分數為0.4/(4－2×0.4)×100%=12.5%；（4）根據圖2，相同的時間內，甲烷的變化量越大，化學反應速率越快，即I<Ⅲ<Ⅱ；（5）①根據圖2，300℃～400℃，溫度是乙酸生成速率的主要影響因素；②Cu2Al2O4中氧顯－2價，Al顯＋3價，銅顯＋1價，和硝酸發生氧化還原反應，根據化合價升降法進行配平，離子反應方程式為：3Cu2Al2O4＋32H＋＋2NO3－=6Cu2＋＋6Al3＋＋2NO↑＋16H2O。