Question

【题目】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) ΔH1＝+489.0 kJ·mol－1，

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

则CO(g)还原Fe2O3(s)的热化学方程式为____。

（2）分离高炉煤气得到的CO与空气可设计成燃料电池（以KOH溶液为电解液）。写出该电池的负极反应式：_____。

（3）将CO2和H2充入1L的密闭容器中，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见图1。

①该反应的平衡常数表达式为K=___。

②曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ___KⅡ（填“>”或“=”或“<”）。

③一定温度下，往该容器中投入1 molCO2、3 mol H2 ，一段时间后达到平衡。若平衡后气体的压强为开始的0.8倍，则CO2的平衡转化率=____。

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)依据热化学方程式和盖斯定律分析解答；

(2)CO-O2燃料电池(以KOH溶液为电解液)，燃料CO在负极失电子发生氧化反应；

(3)①根据平衡常数的概念书写表达式；②根据图像可知，线Ⅱ的反应速率大于线Ⅰ，所以线Ⅱ对应的温度高于线Ⅰ，结合温度对化学平衡常数的影响分析判断；③根据三段式计算解答。

(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，由盖斯定律①-②×3得到Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJmol-1，故答案为：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJmol-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，在氢氧化钾溶液中生成碳酸钾，负极的电极反应式为：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O，故答案为：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；

(3)①CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) 的平衡常数表达式为K=，故答案为：；

②根据图像可知，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，即升高温度，平衡逆向移动，平衡常数变小，即KⅠ＞KⅡ，故答案为：＞；

③设反应的二氧化碳的物质的量为x，

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

初始(mol)： 1 3 0 0

反应(mol)： x 3x x x

平衡(mol)：1-x 3-3x x x

平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，同温同体积时，气体的压强之比等于物质的量之比，因此=0.8，解得x=0.4mol，则CO2的平衡转化率=×100%=40%，故答案为：40%。