Question

19．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（g）=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Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ•mol^-1．
（2）尾气中的CO 主要来自于汽油不完全燃烧．有人设想按下列反应除去CO：
2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H=+221KJ•mol^-1，简述该设想能否实现的依据：该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不能自发进行．
（3）CO₂和H₂ 充入一定体积的密闭容器中，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如图1 所示．
①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ＞ K_Ⅱ（填“＞”或“=”或“＜”）．
②一定温度下，此反应在恒压容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是bd．
a．容器中压强不变     b．H₂ 的体积分数不变   c．c（H₂）=3c（CH₃OH） 
d．容器中密度不变     e．2 个C=O 断裂的同时有6 个H-H 断裂
（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如图2．在0～15 小时内，CH₄ 的平均生成速率I、II 和III 从小到大的顺序为II＞III＞I（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300℃～400℃ 范围时，温度是乙酸生成速率的主要影响因素．
②Cu₂Al₂O₄难溶于水，可溶于浓硝酸并放出红棕色气体，写出反应的离子方程Cu₂Al₂O₄+12H⁺+2NO₃^-=2Cu²⁺+2Al⁵⁺+2NO₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式，①-②×3得到；
（2）依据反应自发进行的条件是△H-T△S＜0分析判断；
（3）①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，据此判断平衡常数的变化
②当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，据此解答，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（4）在0～15小时内，相同时间内甲烷的产量越大，说明反应速率越快；
（5）①从300℃开始，催化剂对反应基本没有影响，温度升高，生成乙酸速率增大；
②Cu₂Al₂O₄中铜为+1价，与硝酸反应被氧化为+2价，硝酸被还原为NO．

解答 解：（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）2CO（g）═2C（s）+O₂（g）△H=+221kJ•mol^-1，反应是焓变增大，熵变减小的反应，△H＞0，△S＜0，则△H-T△S＞0，反应任何温度下都不能自发进行；
故答案为：该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不能自发进行；
（3）①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K_Ⅰ＞K_Ⅱ，
故答案为：＞；
②a．由于此反应在恒压的溶液中进行，故容器中的压强一直不变，故不能作为平衡的依据，故a错误；
b．当反应未达平衡时，H₂ 的体积分数会一直减小，故当氢气的体积分数不变时，说明反应达平衡，故b正确；
c．当反应达平衡时，各物质的浓度之间无必然的数值关系，故当c（H₂）=3c（CH₃OH）时，反应不一定平衡，故c错误；
d．由于此反应是气体的质量不变、气体的物质的量减小的反应，由于容器恒压，故在未达平衡时，容器的体积在减小，则气体的密度会增大，故当容器中密度不变时，说明反应达平衡，故d正确；
e．2个C=O 断裂的同时必定会有6 个H-H 断裂，不能说明反应达平衡，故e错误．
故选bd；
（4）在0～15小时内，相同时间内甲烷的产量越大，说明反应速率越快，由图Ⅱ可知，CH₄的平均生成速率顺序为II＞III＞I，
故答案为：II＞III＞I；
（5）①从300℃开始，催化剂对反应基本没有影响，温度升高，生成乙酸速率增大，所以①当温度在300℃～400℃范围时，温度是乙酸生成速率的主要影响因素，
故答案为：300℃～400℃；
②Cu₂Al₂O₄中铜为+1价，与硝酸反应被氧化为+2价，硝酸被还原为NO，反应的离子方程式为：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案为：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O．

点评 本题主要考查了热化学方程式的书写、化学平衡的计算及氧化还原反应方程式的书写，综合性较强，有一定的难度，是高考的热点和难点．