Question

【題目】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) ΔH1＝+489.0 kJ·mol－1，

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

則CO(g)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）將CO2和H2充入1L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。

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=___。

②曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ___KⅡ（填“>”或“=”或“<”）。

③一定溫度下，往該容器中投入1 molCO2、3 mol H2 ，一段時(shí)間后達(dá)到平衡。若平衡后氣體的壓強(qiáng)為開(kāi)始的0.8倍，則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率=____。

Answer 1

【答案】Fe2O3(s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO2(g) △H＝－28.5kJ·mol-1 CO+4OH－-2e－＝CO32－+2H2O ＞ 40%

【解析】

(1)依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律分析解答；

(2)CO-O2燃料電池(以KOH溶液為電解液)，燃料CO在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；

(3)①根據(jù)平衡常數(shù)的概念書(shū)寫(xiě)表達(dá)式；②根據(jù)圖像可知，線Ⅱ的反應(yīng)速率大于線Ⅰ，所以線Ⅱ對(duì)應(yīng)的溫度高于線Ⅰ，結(jié)合溫度對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的影響分析判斷；③根據(jù)三段式計(jì)算解答。

(1)①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJmol-1，②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJmol-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)CO-O2燃料電池(以KOH溶液為電解液)，一氧化碳在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，在氫氧化鉀溶液中生成碳酸鉀，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O，故答案為：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；

(3)①CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) 的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=，故答案為：；

②根據(jù)圖像可知，線Ⅱ的反應(yīng)速率大于線Ⅰ，所以線Ⅱ對(duì)應(yīng)的溫度高于線Ⅰ，而線Ⅱ對(duì)應(yīng)的甲醇的物質(zhì)的量小，即升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)變小，即KⅠ＞KⅡ，故答案為：＞；

③設(shè)反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量為x，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初始(mol)： 1 3 0 0

反應(yīng)(mol)： x 3x x x

平衡(mol)：1-x 3-3x x x

平衡后氣體的壓強(qiáng)為開(kāi)始時(shí)的0.8倍，同溫同體積時(shí)，氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，因此=0.8，解得x=0.4mol，則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率=×100%=40%，故答案為：40%。