研究和深度開發CO、CO2的應用對構建生態文明社會具有重要的意義.(1)CO可用於鍊鐵,已知:Fe2O3(s)...
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問題詳情:
研究和深度開發CO、CO2的應用對構建生態文明社會具有重要的意義.
(1)CO可用於鍊鐵,
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
則CO還原Fe2O3(s)的熱化學方程式爲 .
(2)分離高爐煤氣得到的CO與空氣可設計成燃料電池(以KOH溶液爲電解液).寫出該電池的正極反應式: .
(3)CO2和H2充人一定體積的密閉容器中,在兩種溫度下發生反應:
CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) 測得CH3OH的物質的量隨時間的變化見圖1.
①線Ⅰ、Ⅱ對應的平衡常數大小關係爲KI KⅡ (填“>”或“=”或“<”).
②一定溫度下,在容積相同且固定的兩個密閉容器中,按如下方式加入反應物,一段時間後達到平衡.
容器 | * | 乙 |
反應物投入量 | 1mol CO2、3mol H2 | a mol CO2、b mol H2、 c mol CH3OH(g)、c molH2O(g) |
若*中平衡後氣體的壓強爲開始的0.8倍,要使平衡後乙與*中相同組分的體積分數相等,且起始時維持化學反應向逆反應方向進行,則c的取值範圍爲 .
(4)利用光能和光催化劑,可將CO2和H2O(g)轉化爲CH4和O2.紫外光照*時,在不同催化
劑(Ⅰ、Ⅱ,Ⅲ)作用下,CH4產量隨光照時間的變化見圖2.在O~15小時內,CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ從大到小的順序爲 (填序號).
(5)以TiO2/Cu2Al2O4 爲催化劑,可以將CO2和CH4直接轉化成乙*.在不同溫度下催化劑的催化效率與乙*的生成速率的關係見圖3.
①乙*的生成速率主要取決於溫度影響的範圍是 .
②Cu2Al2O4可溶於稀**,寫出有關的離子方程式: .
【回答】
【考點】化學平衡的影響因素;用蓋斯定律進行有關反應熱的計算;原電池和電解池的工作原理;化學反應速率的影響因素.
【專題】化學平衡圖像;化學平衡專題;化學反應速率專題;電化學專題.
【分析】(1)根據蓋斯定律,由已知熱化學方乘以適當的係數進行加減構造目標熱化學方程式,反應熱也乘以相應的係數並進行相應的加減,據此計算;
(2)CO燃料電池中,負極上是CO發生失電子的氧化反應,正極上是氧氣發生得電子的還原反應,電極反應式爲:O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣;
(3)①Ⅱ比Ⅰ的*醇的物質的量少,根據K=判斷;
②根據平衡三部曲求出*中平衡時各氣體的物質的量,然後根據平衡後乙與*中相同組分的體積分數相等,且起始時維持反應逆向進行來判斷範圍.
(4)相同時間**的物質的量的變化量越大,表明平均速率越大,相同時間**的物質的量的變化量越小,平均反應速率越小.由圖2可知反應開始後的15小時內,在第Ⅱ種催化劑的作用下,收集的CH4最多,Ⅲ次之,Ⅰ最少.
(5)①根據溫度對催化劑活*的影響可知在300℃時失去活*,故得出乙*的生成速率主要取決於溫度影響的範圍;
②先將Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O•Al2O3,再根據氧化物與*反應生成離子方程式,需要注意的是一價銅具有還原*;
【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,得到熱化學方程式:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=﹣28.5kJ/mol,
故*爲:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=﹣28.5kJ/mol;
(2)CO燃料電池中,負極上是CO發生失電子的氧化反應,正極上是氧氣發生得電子的還原反應,電極反應式爲:O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣
,故*爲:O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣;
(3)①Ⅱ比Ⅰ的*醇的物質的量少,則一氧化碳和*氣的物質的量越多,根據K=知,平衡常數越小,故KⅠ>KⅡ,故*爲:>;
②CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)
初始:1 3 0 0
平衡:1﹣x 3﹣3x x x
*中平衡後氣體的壓強爲開始時的0.8倍,即(4﹣2x)÷4=0.8
解得x=0.4mol
依題意:*、乙爲等同平衡,且起始時維持反應逆向進行,所以全部由生成物投料,c的物質的量爲1mol,c 的物質的量不能低於平衡時的物質的量0.4mol,所以c的物質的量爲:0.4<n(c)≤1mol,故*爲:0.4<n(c)≤1mol;
(4)由圖2可知,在0~15h內,**的物質的量變化量爲△n(Ⅰ)<△n(Ⅲ)<△n(Ⅱ),故在0~15h內,CH4的平均生成速率v(Ⅱ)>v(Ⅲ)>v(Ⅰ);故*爲:II>III>I;
(5)①溫度超過250℃時,催化劑的催化效率降低,在300℃時失去活*,故以後乙*的生成速率升高是由溫度升高導致的,故乙*主要取決於溫度影響的範圍爲300℃~400℃,故*爲:300℃~400℃;
②Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O•Al2O3,與*反應生成離子方程式:3Cu2Al2O4+32H++2NO3﹣=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O,
故*爲:3Cu2Al2O4+32H++2NO3﹣=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O.
【點評】本題主要考查了化學反應常數、化學平衡以及原電池原理的運用,難度不大,根據所學知識即可完成.
知識點:化學反應速率 化學平衡
題型:綜合題
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