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CO還原Fe2O3（s）的熱化學方程式為_____________。

（2）分離高爐煤氣得到的CO與空氣可設計成燃料電池（以KOH溶液為電解液）。寫出該電池的負極反應式：_____________。

（3）①CO2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如圖。

①曲線I、Ⅱ對應的溫度大小關系為TⅠ__________TⅡ（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H－H斷裂

Answer 1

【答案】Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5kJ/mol CO-2e-+4OH-=+2H2O < bd

【解析】

(1)依據熱化學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在負極失電子發生氧化反應；

(3)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；

②②a．容器為恒壓容器，則反應自始至終壓強不變；

b．反應達到平衡時，消耗的氫氣的物質的量不再改變，則H2的體積分數不變；

c．反應達到平衡時，不能確定反應剩余氫氣與生成甲醇的量；

d．反應物及生成物均為氣體，則體系中的質量不變，容器為恒壓，則平衡時容器的體積不再改變，則容器中密度不變；

e．反應自始至終，2個C＝O斷裂的同時有3個H－H斷裂。

(1)①Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJmol-1，②C(s)+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；

(2)CO-O2燃料電池(以KOH溶液為電解液)，一氧化碳在負極失電子發生氧化反應生成二氧化碳，在氫氧化鉀溶液中生成碳酸鉀，負極的電極反應式為：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；

(3)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，即TⅠ<TⅡ；

②a．容器為恒壓容器，則反應自始至終壓強不變，壓強不能判斷是否達到平衡的依據，a錯誤；

b．反應達到平衡時，消耗的氫氣的物質的量不再改變，則H2的體積分數不變，可判斷達到平衡狀態，b正確；

c．反應達到平衡時，不能確定反應剩余氫氣與生成甲醇的量，則c（H2）＝3c（CH3OH）時，不能判斷是否達到平衡狀態，c錯誤；

d．反應物及生成物均為氣體，則體系中的質量不變，容器為恒壓，則平衡時容器的體積不再改變，則容器中密度不變，可判斷達到平衡狀態，d正確；

e．反應自始至終，2個C＝O斷裂的同時有3個H－H斷裂，不能判斷是否達到平衡狀態，e錯誤；

綜上所述，bd正確。