Question

【题目】CO、CO2是含碳元素的常见气体，也是参与碳循环的重要物质。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＝+172.5 kJ·mol－1

则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为______________________________。

（2）甲醇是重要的化工原料，利用煤化工中生产的CO和H2可制取甲醇，发生的反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。实验室中，在1L恒容的密闭容器中进行模拟合成实验。将1 mol CO和2 mol H2通入容器中，分别恒温在300℃和500℃反应，每隔一段时间测得容器内CH3OH的浓度如下表所示：

	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300 ℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500 ℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

①300℃和500℃对应的平衡常数大小关系为K300℃_________K500℃（填“>”、“=”或“<”）。

②下列关于该反应的说法正确的是______________（填选项字母,下同）

A．该反应在任何温度下都能自发进行

B．升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡向逆反应方向移动

C．温度一定时，压强不再随时间变化可以说明反应达到了平衡状态

D．使用高效催化剂，ΔH会增大

③300 ℃时，前10 min内，该反应的平均反应速率为v(H2)＝___mol/(L·min)。

④下列措施能够增大此反应中CO的转化率的是_________。

A. 充入CO气体 B. 升高温度

C. 使用优质催化剂 D. 往容器中再充入1 mol CO和2 mol H2

⑤500 ℃时，保持反应体系的温度不变，60min时再向容器中充入CH3OH气体和H2各0.4mol，反应将向___（填“正反应方向”、“逆反应方向”或“不”）进行。再次达到平衡时的平衡常数为____________L2/mol2。

（3）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见下图。当乙酸的生成速率主要取决于温度时，其影响范围是__________________。

Answer 1

【答案】Fe2O3(s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO2(g) △H ＝－28.5kJ·mol—1 ＞ C 0.08 D 正反应方向 25 300℃～400℃

【解析】

根据盖斯定律计算热化学方程式中的反应热。根据外界条件对反应速率和平衡的影响分析一氧化碳的转化率的变化。根据某时刻的浓度商和平衡常数的比较分析该时刻的进行方向。

(1) ① Fe2O3(s) + 3C(s)＝2Fe(s) + 3CO(g) ΔH1＝+489.0 kJ·mol－1；②C(s) +CO2(g)＝2CO(g) ΔH2＝+172.5 kJ·mol－1，根据盖斯定律分析，有①-②×3得热化学方程式为： Fe2O3(s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO2(g) △H ＝+489.0kJ/mol-172.5kJ/mol×3=－28.5kJ·mol—1 。

(2) ①从表中数据分析，温度升高，甲醇平衡物质的量浓度减小，说明升温平衡逆向移动，则平衡常数变小 ；

②A．该反应为放热反应，熵减，所以该反应在低温下能自发进行，故错误；B．升高温度，正反应速率和逆反应速率都增大，平衡向逆反应方向移动，故错误；C．温度一定时，压强不再随时间变化说明气体总物质的量不变，可以说明反应达到了平衡状态，故正确；D．使用高效催化剂，不影响反应热，故ΔH不会改变，故错误。故选C；

③300 ℃时，前10 min内，该反应的平均反应速率为v(CH3OH)＝0.40mol/L/10min=0.04 mol/(L·min)，根据化学计量数计算v(H2)=0.08 mol/(L·min)。

④A. 充入CO气体，平衡正向移动，但一氧化氮的转化率不能提高，故错误；B. 升高温度，平衡逆向移动，一氧化碳的转化率不能提高，故错误；C. 使用优质催化剂不影响平衡，故错误；D. 往容器中再充入1 mol CO和2 mol H2，相当于加压，平衡正向移动，提高一氧化碳的转化率，故正确。故选D。

⑤500 ℃时，

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始浓度 1 2 0

改变浓度 0.8 1.6 0.8

平衡浓度 0.2 0.4 0.8

平衡常数= ，保持反应体系的温度不变，60min时再向容器中充入CH3OH气体和H2各0.4mol，Qc= <K，则反应向正反应方向进行。再次达到平衡，平衡常数不变，为25。

(3)从图分析，在 300℃～400℃，温度升高，乙酸的生成速率加快，但催化剂的催化效率降低，说明此阶段中乙酸的生成速率主要取决于温度，故答案为300℃～400℃。