Question

【题目】 我国是个钢铁大国，钢铁产量为世界第一，高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法。

I．已知：2CO（g）＋O2（g）＝2CO2（g） △H ＝－566kJ/mol

2Fe（s）+O2（g）＝Fe2O3（s） △H ＝－825.5 kJ/mol

则，（1）反应：Fe2O3（s）＋3CO（g）2Fe（s）＋3CO2（g） △H ＝____________。

（2）反应 Fe2O3（s）＋CO（g）Fe（s）＋CO2（g）在1000℃的平衡常数等于4.0。在

一个容积为10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol，反应经过l0min后达到平衡，则CO的平衡转化率=____________。

II．高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收，使其在一定条件下和H2反应制备甲醇： 。请根据图示回答下列问题：

（1）从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)= ____________ △H ＝____________。

（2）若在温度和容积相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡吋的有关数据如下表：

则下列关系正确的是 ____________。

A c1=c2 B.2Q1=Q3 C. 2a1=a3

D. a1 +a2 =1 E. 该反应若生成1mol CH3OH，则放出(Q1+Q2)kJ热量

（3）若在一体积可变的密闭容器中充入l molCO、 2mol H2和1mol CH3OH，达到平衡吋测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍，则该反应向____________ (填“正”、“逆”)反应方向移动。

III．在一个密闭容器中，有一个左右可滑动隔板，两边分别进行可逆反应，各物质的物质的量分别如下：M、N、P为2.5mol、3.0mol、1.0mol。A、C、D各为0.50mol，B的物质的量为x mol，当x在一定范围内变化，均可以通过调节反应器的温度，使两侧反应均达到平衡，且隔板在反应器的正中位置。达到平衡后，测得M的转化率为75%，填写空白：

（1）达到平衡后，反应器左室气体总的物质的量为____________mol。

（2）若要使右室反应开始时V正>V逆，x的取值范围____________。

（3）若要使右室反应开始时V正逆，x的取值范围____________。

Answer 1

【答案】 △H ＝-23.5 kJ/mol 60% 0.15mol/(L·min) △H ＝-91 kJ/mol ADE 正 3.5 2 < x < 3 1.5 < x < 2

【解析】I．(1)已知：①2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)，△H=-566kJmol-1，②2Fe(s)+ O2(g)═Fe2O3(s)，△H=-825.5kJmol-1，根据盖斯定律，①× -①可得：Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)，则△H=(-566kJmol-1)×-(-825.5kJmol-1)=-23.5kJmol-1，故答案为：-23.5；

(2)令平衡时CO的物质的量变化为nmol，则：

Fe2O3(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)

开始(mol)： 1 1

变化(mol)： n n

平衡(mol)： 1-n n+1

所以=4，解得n=0.6，则CO的平衡转化率为×100%=60%，故答案为：60%；

II．(1)由图可知，达到平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，则△c(H2)=2×0.75mol/L=1.5mol/L，v(H2)= =0.15mol/(Lmin)，根据图像，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H ＝419 kJ/mol -510 kJ/mol =-91 kJ/mol，故答案为：0.15mol/(Lmin)；-91 kJ/mol

(2)A．甲、乙是完全等效平衡，平衡时各组分的浓度相等，所以平衡时甲醇的浓度c1=c2，故A正确；B．丙与甲相比，等效为在甲平衡的基础上再加入1mol CO和2mol H2，压强增大，平衡向正反应方向移动，丙中反应物的转化率大于甲，丙中参加反应的CO大于甲中的2倍，故2Q1＜Q3，故B错误；C．丙与甲相比，等效为在甲平衡的基础上再加入1mol CO和2mol H2，压强增大，平衡向正反应方向移动，丙中反应物的转化率大于甲，故α1＜α3 ，但2α1≠α3，故C错误；D．甲与乙是完全等效平衡，平衡时对应各组分的含量完全相同，CO的转化率为α1，则平衡时CO的物质的量为(1-α1)mol，乙中平衡时甲醇的转化率为α2，乙中平衡时CO的物质的量为α2mol，故(1-α1)=α2，整理得α1+α2=1，故D正确；E．令平衡时CO的物质的量为nmol，CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的反应热△H=-QkJ/mol，则Q1=(1-n)Q、Q2=nQ，整理得Q=Q1+Q2，故1mol CH3OH，则放出(Q1+Q2)kJ热量，故E正确，故答案为：ADE；

(3)根据方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，到平衡吋测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍，说明气体体积减小，反应正向进行，故答案为：正；

III．(1)左室中的可逆反应中，反应前后气体的体积不变，则达到平衡时气体的总物质的量不变，反应前M为2.5mol、P为1mol，总物质的量为：2.5mol+1mol=3.5mol，则达到平衡时气体的物质的量也是3.5mol，故答案为：3.5；

(2)达到平衡时左右可滑动隔板处于中间，说明达到平衡时左室和右室气体的总物质的量相等，都是3.5mol，右室中的反应为气体体积缩小的反应，当反应A(g)+4B(g) 2C(g)+D(g)中最初加入的四种物质的物质的量为3.5mol，且平衡不移动时，B的物质的量最小，若满足V正＞V逆，则B的物质的量大于：3.5mol-0.5mol×3=2；

当达到平衡时气体全部为C、D时，B的物质的量最大，根据反应A(g)+4B(g) 2C(g)+D(g)，0.5molA完全反应消耗2molB，同时生成1molC、0.5molC，此时C的总物质的量为1mol+0.5mol=1.5mol，D的物质的量为0.5mol+0.5mol=1mol，总物质的量为：1.5mol+1mol=2.5mol，剩余的3.5-2.5mol=1mol为B时，B的物质的量最大，所以B的物质的量最大为：2mol+1mol=3mol，所以x是范围为：2.0＜x＜3.0，故答案为：2.0＜x＜3.0；

(3)达到平衡时左右可滑动隔板处于中间，说明达到平衡时左室和右室气体的总物质的量相等，都为3.5mol，右室中的逆反应为体积增大的反应，当反应A(g)+4B(g) 2C(g)+D(g)中最初加入的四种物质的物质的量为3.5mol，且平衡不移动，B的物质的量最大，若满足V正＜V逆，则B的物质的量小于：3.5mol-0.5mol×3=2；

当达到平衡时气体全部为A、B时，B的物质的量最小，根据反应A(g)+4B(g) 2C(g)+D(g)，0.5molC完全反应生成1molB，此时B的物质的量为：1mol+0.5mol，由于V正＜V逆，平衡向着逆向移动，则B的物质的量一定大于1.5mol，所以x是范围为：1.5＜x＜2.0，故答案为：1.5＜x＜2.0。