Question

【題目】CO、CO2是含碳元素的常見氣體，也是參與碳循環的重要物質。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可用于煉鐵，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

則CO還原Fe2O3(s)的熱化學方程式為______________________________。

（2）甲醇是重要的化工原料，利用煤化工中生產的CO和H2可制取甲醇，發生的反應為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。實驗室中，在1L恒容的密閉容器中進行模擬合成實驗。將1 mol CO和2 mol H2通入容器中，分別恒溫在300℃和500℃反應，每隔一段時間測得容器內CH3OH的濃度如下表所示：

	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℃對應的平衡常數大小關系為K300℃_________K500℃（填“>”、“=”或“<”）。

②下列關于該反應的說法正確的是______________（填選項字母,下同）

A．該反應在任何溫度下都能自發進行

B．升高溫度，正反應速率減小，逆反應速率增大，平衡向逆反應方向移動

C．溫度一定時，壓強不再隨時間變化可以說明反應達到了平衡狀態

D．使用高效催化劑，ΔH會增大

③300 ℃時，前10 min內，該反應的平均反應速率為v(H2)＝___mol/(L·min)。

④下列措施能夠增大此反應中CO的轉化率的是_________。

A. 充入CO氣體 B. 升高溫度

C. 使用優質催化劑 D. 往容器中再充入1 mol CO和2 mol H2

⑤500 ℃時，保持反應體系的溫度不變，60min時再向容器中充入CH3OH氣體和H2各0.4mol，反應將向___（填“正反應方向”、“逆反應方向”或“不”）進行。再次達到平衡時的平衡常數為____________L2/mol2。

（3）以TiO2／Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系見下圖。當乙酸的生成速率主要取決于溫度時，其影響范圍是__________________。

Answer 1

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

【解析】

根據蓋斯定律計算熱化學方程式中的反應熱。根據外界條件對反應速率和平衡的影響分析一氧化碳的轉化率的變化。根據某時刻的濃度商和平衡常數的比較分析該時刻的進行方向。

(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，根據蓋斯定律分析，有①-②×3得熱化學方程式為： Fe2O3(s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO2(g) △H ＝+489.0kJ/mol-172.5kJ/mol×3=－28.5kJ·mol—1 。

(2) ①從表中數據分析，溫度升高，甲醇平衡物質的量濃度減小，說明升溫平衡逆向移動，則平衡常數變小 ；

②A．該反應為放熱反應，熵減，所以該反應在低溫下能自發進行，故錯誤；B．升高溫度，正反應速率和逆反應速率都增大，平衡向逆反應方向移動，故錯誤；C．溫度一定時，壓強不再隨時間變化說明氣體總物質的量不變，可以說明反應達到了平衡狀態，故正確；D．使用高效催化劑，不影響反應熱，故ΔH不會改變，故錯誤。故選C；

③300 ℃時，前10 min內，該反應的平均反應速率為v(CH3OH)＝0.40mol/L/10min=0.04 mol/(L·min)，根據化學計量數計算v(H2)=0.08 mol/(L·min)。

④A. 充入CO氣體，平衡正向移動，但一氧化氮的轉化率不能提高，故錯誤；B. 升高溫度，平衡逆向移動，一氧化碳的轉化率不能提高，故錯誤；C. 使用優質催化劑不影響平衡，故錯誤；D. 往容器中再充入1 mol CO和2 mol H2，相當于加壓，平衡正向移動，提高一氧化碳的轉化率，故正確。故選D。

⑤500 ℃時，

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

起始濃度 1 2 0

改變濃度 0.8 1.6 0.8

平衡濃度 0.2 0.4 0.8

平衡常數= ，保持反應體系的溫度不變，60min時再向容器中充入CH3OH氣體和H2各0.4mol，Qc= <K，則反應向正反應方向進行。再次達到平衡，平衡常數不變，為25。

(3)從圖分析，在 300℃～400℃，溫度升高，乙酸的生成速率加快，但催化劑的催化效率降低，說明此階段中乙酸的生成速率主要取決于溫度，故答案為300℃～400℃。