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)...
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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)△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 .
(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).写出该电池的正极反应式: .
(3)CO2和H2充人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见图1.
①线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KI KⅡ (填“>”或“=”或“<”).
②一定温度下,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 | * | 乙 |
反应物投入量 | 1mol CO2、3mol H2 | a mol CO2、b mol H2、 c mol CH3OH(g)、c molH2O(g) |
若*中平衡后气体的压强为开始的0.8倍,要使平衡后乙与*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 .
(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*时,在不同催化
剂(Ⅰ、Ⅱ,Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化见图2.在O~15小时内,CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为 (填序号).
(5)以TiO2/Cu2Al2O4 为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙*.在不同温度下催化剂的催化效率与乙*的生成速率的关系见图3.
①乙*的生成速率主要取决于温度影响的范围是 .
②Cu2Al2O4可溶于稀**,写出有关的离子方程式: .
【回答】
【考点】化学平衡的影响因素;用盖斯定律进行有关反应热的计算;原电池和电解池的工作原理;化学反应速率的影响因素.
【专题】化学平衡图像;化学平衡专题;化学反应速率专题;电化学专题.
【分析】(1)根据盖斯定律,由已知热化学方乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式,反应热也乘以相应的系数并进行相应的加减,据此计算;
(2)CO燃料电池中,负极上是CO发生失电子的氧化反应,正极上是氧气发生得电子的还原反应,电极反应式为:O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣;
(3)①Ⅱ比Ⅰ的*醇的物质的量少,根据K=判断;
②根据平衡三部曲求出*中平衡时各气体的物质的量,然后根据平衡后乙与*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.
(4)相同时间**的物质的量的变化量越大,表明平均速率越大,相同时间**的物质的量的变化量越小,平均反应速率越小.由图2可知反应开始后的15小时内,在第Ⅱ种催化剂的作用下,收集的CH4最多,Ⅲ次之,Ⅰ最少.
(5)①根据温度对催化剂活*的影响可知在300℃时失去活*,故得出乙*的生成速率主要取决于温度影响的范围;
②先将Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O•Al2O3,再根据氧化物与*反应生成离子方程式,需要注意的是一价铜具有还原*;
【解答】解:(1)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 ②
由①﹣②×3,得到热化学方程式:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=﹣28.5kJ/mol,
故*为:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=﹣28.5kJ/mol;
(2)CO燃料电池中,负极上是CO发生失电子的氧化反应,正极上是氧气发生得电子的还原反应,电极反应式为:O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣
,故*为:O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣;
(3)①Ⅱ比Ⅰ的*醇的物质的量少,则一氧化碳和*气的物质的量越多,根据K=知,平衡常数越小,故KⅠ>KⅡ,故*为:>;
②CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)
初始:1 3 0 0
平衡:1﹣x 3﹣3x x x
*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:*、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*为:0.4<n(c)≤1mol;
(4)由图2可知,在0~15h内,**的物质的量变化量为△n(Ⅰ)<△n(Ⅲ)<△n(Ⅱ),故在0~15h内,CH4的平均生成速率v(Ⅱ)>v(Ⅲ)>v(Ⅰ);故*为:II>III>I;
(5)①温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低,在300℃时失去活*,故以后乙*的生成速率升高是由温度升高导致的,故乙*主要取决于温度影响的范围为300℃~400℃,故*为:300℃~400℃;
②Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O•Al2O3,与*反应生成离子方程式:3Cu2Al2O4+32H++2NO3﹣=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O,
故*为:3Cu2Al2O4+32H++2NO3﹣=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O.
【点评】本题主要考查了化学反应常数、化学平衡以及原电池原理的运用,难度不大,根据所学知识即可完成.
知识点:化学反应速率 化学平衡
题型:综合题