Question

研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义．
（1）将CO₂与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等．
①已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ?mol^-1
C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ?mol^-1
则CO还原Fe₂O₃（s）的热化学方程式为

Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ/mol

．
②已知Fe与CO可形成五羰基铁[Fe（CO）₅]，该化合物相当活泼，易于吸收H₂生成氢化羰基铁．氢化羰基铁为二元弱酸，可与NaOH反应生成四羰基铁酸二钠．
试写出五羰基铁吸收H₂的反应方程式

Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO

．
③利用燃烧反应可设计成CO-O₂燃料电池（以KOH溶液为电解液），写出该电池的负极反应式

CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O

．
（2）某实验将CO₂和H₂充入一定体积的密闭容器中，在两种不同条件下发生反应：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图所示，回答问题：
①该反应的平衡常数表达式为

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

．
②曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ

大于

K_Ⅱ（填“大于”、“等于”或“小于”）．
③一定温度下，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	1molCO2、3molH2	a molCO2、b molH2、 c molCH3OH（g）、c molH2O（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c的取值范围为

0.4＜c≤1

．

Answer 1

分析：（1）①依据热化学方程式和盖斯定律计算得到热化学方程式；
②氢化羰基铁为二元弱酸，结合原子守恒分析书写化学方程式；
③CO-O₂燃料电池（以KOH溶液为电解液），依据原电池原理，负极失电子发生氧化反应，燃料在负极失电子发生氧化反应；
（2）①依据化学平衡的平衡常数概念计算列式，平衡常数是用生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积；
②依据图象分析可知先拐先平，温度高，反应是放热反应，平衡逆向进行；
③根据平衡三部曲求出甲中平衡时各气体的物质的量，然后根据平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持反应逆向进行来判断范围．

解答：解：（1）①已知：a、Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ?mol^-1
b、C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ?mol^-1
依据盖斯定律a-b×3得到：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ/mol，
故答案为：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ/mol；
②Fe与CO可形成五羰基铁[Fe（CO）₅]，该化合物相当活泼，易于吸收H₂生成氢化羰基铁．氢化羰基铁为二元弱酸，可与NaOH反应生成四羰基铁酸二钠，依据题干信息推知，反应的化学方程式为：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO，故答案为：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO；
③CO-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^-=CO₃^2-+2H₂O，
故答案为：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）反应的平衡常数为：

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

，故答案为：

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；
②图象分析可知先拐先平，Ⅱ温度高，反应是放热反应，平衡逆向进行，平衡常数减小，所以K₁＞K₂，故答案为：＞；
③设二氧化碳反应量为x
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始量（mol）：1        3           0          0
转化量（mol）：x        3x          x          x
平衡量（mol）：1-x       3-3x        x          x
甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，即（4-2x）/4=0.8
解得x=0.4mol
依题意：甲、乙为等同平衡，且起始时维持反应逆向进行，所以全部由生成物投料，c的物质的量为1mol，c 的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol，所以c的物质的量为：0.4＜n（c）≤1mol，故答案为：0.4＜n（c）≤1．

点评：本题考查涉及知识点较多，涉及平衡常数的计算、平衡状态的判断以及外界条件对平衡移动的影响等问题，题目难度中等，本题注意把握计算方法以及平衡常数的运用．