Question

研究和深度开发CO、CO₂的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。

（1）CO可用于炼铁，已知：Fe₂O₃（s）+3C（s）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1，C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1，则CO还原Fe₂O₃（s）的热化学方程式为_____________。

（2）CO与O₂设计成燃料电池（以KOH溶液为电解液）。该电池的负极反应式为_____________。

（3）CO₂和H₂充入一定体积的恒容密闭容器中，在两种温度下发生反应：

CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）  测得CH₃OH的物质的量随时间的变化如图1．

①该反应的△H _____________0（填“大于或小于”），曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ_____________K_Ⅱ（填“＞、=或＜”）。

②一定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。

容    器	甲	乙
反应物投入量	1mol CO2、3mol H2	a  mol CO2、3a  mol H2、 b  mol CH3OH（g）、b  mol H2O（g）

若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则b的取值范围为_____________。

（4）利用光能和光催化剂，可将CO₂和H₂O（g）转化为CH₄和O₂．紫外光照射时，在不同催化剂（I、Ⅱ、Ⅲ）作用下，CH₄产量随光照时间的变化见图2，在0～15小时内，CH₄的平均生成速率I、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为_____________（填序号）。

（5）以TiO₂/Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸，在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图3。

①当温度在_____________范围时，温度是乙酸生成速率的主要影响因素；

②Cu₂Al₂O₄可溶于稀硝酸，稀硝酸还原产物为NO，写出有关的离子方程式_____________。

Answer

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

（2）CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；

（3）①小于；＞；②0.4＜b≤1；

（4）Ⅰ＜Ⅲ＜Ⅱ；

（5）300℃～400℃；②3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O

【解析】

试题分析：（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，依据盖斯定律①-②×3得到热化学方程式为：Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5 kJ•mol-1；故答案为：Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5 kJ•mol-1；

（2）CO-O2燃料电池（以KOH溶液为电解液），一氧化碳在负极失电子发生氧化反应生成二氧化碳在溶液中生成碳酸钾，原电池负极电极反应为：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O，故答案为：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；

（3）①根据图象可知，线Ⅱ的反应速率大于线Ⅰ，所以线Ⅱ对应的温度高于线Ⅰ，而线Ⅱ对应的甲醇的物质的量小，也就是说温度高反应平衡逆向移动，据此判断反应的△H＜0，根据温度对平衡移动的影响可知，升高温度，平衡向吸热方向移动，而该反应为放热反应，所以升高温度平衡逆向移动，平衡常数变小，即KⅠ＞KⅡ，故答案为：小于；＞；

②设平衡时二氧化碳转化了xmol，

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），

开始1（mol）：1 3 0 0

变化1（mol）：x 3x x x

平衡1（mol）：1-x 3-3x x x

开始2 a 3a b b

则由题意可知：=0.8，解得x=0.4，根据恒温恒容条件下的等效平衡的思想则有开始1和开始2为完全等效，即a+b=1，要使反应始终向逆向进行，则b＞x，故a的范围为小于等于1大于0.4，故答案为：0.4＜b≤1；

（4）相同时间甲烷的物质的量的变化量越大，表明平均速率越大，相同时间甲烷的物质的量的变化量越小，平均反应速率越小．由图2可知反应开始后的15小时内，在第Ⅱ种催化剂的作用下，收集的CH4最多，Ⅲ次之，Ⅰ最少，故答案为：Ⅰ＜Ⅲ＜Ⅱ；

（5）根据图象3可知，当温度大于300℃时，线的斜率变化较大，也就是温度对化学反应速率的影响较大，故答案为：300℃～400℃；②Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2O•Al2O3，与酸反应生成离子方程式：3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O，故答案为：3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16H2O。

考点：考查了化学平衡的计算、盖斯定律的应用、原电池和电解池的工作原理的相关知识。