Question

【題目】研究CO、CO2的應用具有重要的意義。

（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）的熱化學方程式為 。

（2）CO2和H2充入一定體積的密閉容器中，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圖：

①由圖判斷該反應ΔH 0，曲線I、II對應的平衡常數KI KII（填“＞”或“＝”或“＜”）。

②一定溫度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式加入反應物，一段時間后達到平衡。

若甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，則c的取值范圍為 。

③一定溫度下，此反應在恒容密閉容器中進行，能判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是 。

a．容器中壓強不變 b．H2的體積分數不變

c．c（H2）＝3c（CH3OH） d．容器中密度不變

e．2個C＝O斷裂的同時有3個C－H形成

（3）將燃煤廢氣中的CO轉化為二甲醚的反應原理為：

2CO（g） + 4H2（g） CH3OCH3（g） + H2O（g）。二甲醚與空氣可設計成燃料電池，若電解質為堿性。寫出該燃料電池的負極反應式 。根據化學反應原理，分析增加壓強對制備二甲醚反應的影響 。

Answer 1

【答案】

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

（2）①＜ ；＞； ②0.4＜c≤1； ③ ab；

（3）CH3OCH3-12 e— +16OH— = 2CO32— +11H2O；該反應分子數減少，壓強增加使平衡右移，CH3OCH3產率增加；壓強增加使CO和H2濃度增加，反應速率增大。

【解析】

試題分析：（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）①根據圖象可知，線Ⅱ的反應速率大于線Ⅰ，所以線Ⅱ對應的溫度高于線Ⅰ，而線Ⅱ對應的甲醇的物質的量小，也就是說溫度高反應平衡逆向移動，據此判斷反應的△H＜0。根據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，平衡常數變小，即KⅠ＞KⅡ。

故答案為：＜；＞；

②在容積相同且固定的兩個密閉容器中，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，則甲、乙兩容器中最終形成完全相同的平衡狀態，設甲達到平衡時生成CH3OH xmol，依據題意可知得關系式：

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

n(起始/mol) 1 3 0 0

n(變化/mol) x 3x x x

n(平衡/mol) 1-x 3-3x x x

所以有=0.8，解得x=0.4，

因此要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，則c的取值范圍為：0.4＜c≤1。

故答案為：0.4＜c≤1；

③a．該反應是前后氣體分子數不相等的反應，由于此反應在恒容的容器中進行，故容器中的壓強不變，能作為平衡的依據，故a正確；

b．當反應未達平衡時，H2 的體積分數會一直減小，故當氫氣的體積分數不變時，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，由于容器恒容，則氣體的密度始終不變，故當容器中密度不變時，不能說明反應達平衡，故錯誤；

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ab；

（3）將燃煤廢氣中的CO轉化為二甲醚的反應原理為：2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g)。當以二甲醚與空氣設計成燃料電池，且電解質為堿性，則該燃料電池的負極反應式為：CH3OCH3-12 e— +16OH— = 2CO32— +11H2O；根據化學反應原理可知，該反應分子數減少，壓強增加使平衡右移，CH3OCH3產率增加；壓強增加使CO和H2濃度增加，反應速率增大。

故答案為：2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g)；該反應分子數減少，壓強增加使平衡右移，CH3OCH3產率增加，且壓強增加使CO和H2濃度增加，反應速率增大。