Question

高炉炼铁是冶炼铁的主要方法，发生的主要反应为：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=a kJ?mol^-1．
（1）已知①Fe₂O₃（s）+3C（s，石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ?mol^-1；
②C（s，石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ?mol^-1．则a=

 

．
（2）冶炼铁反应的平衡常数表达式K=

 

，温度升高后，K值

 

（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（3）在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示加入物质，反应经过一段时间后达到平衡．

	Fe2O3	CO	Fe	CO2
甲/mol	1.0	1.0	1.0	1.0
乙/mol	1.0	2.0	1.0	1.0

①甲容器中CO的平衡转化率为

 

．
②下列说法正确的是

 

（填字母）．
a．若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态
b．增加Fe₂O₃的量，可以提高CO的转化率
c．甲容器中CO的平衡转化率大于乙的平衡转化率
d．甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比为2：3
（4）工业上利用CO与 H₂的混合气体在催化剂作用下合成甲醇，甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化．实验室用如图装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式

 

；
②写出除去甲醇的离子方程式

 

．
（5）某工业废液中含有Ba²⁺、Sr²⁺，为了回收Sr²⁺．现向该废液中加入适量SO₄^2-并调节该溶液的PH至8-10，充分反应后过滤．若滤液中Ba²⁺ 浓度为1×10^-5mol?L^-1，依表数据推算出滤液中Sr²⁺物质的量浓度不大于

 

mol?L^-1．

	SrSO4	BaSO4	Sr（OH）2
KSP	3.3×10-7	1.1×10-10	3.2×10-4

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的计算,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,电解原理

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电离平衡与溶液的pH专题,电化学专题

分析：（1）依据盖斯定律和热化学方程式计算得到；
（2）平衡常数结合化学方程式书写，用生成物平衡浓度的幂次方乘积除以反应物平衡浓度的幂次方乘积，依据计算得到a的值分析反应能量变化，结合化学平衡移动原理判断平衡常数岁温度变化；
（3）①在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲中，加入物质反应达到平衡，依据平衡三段式列式计算结合转化率概念计算得到；
 ②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
a．反应前后气体质量变化，体积不变，若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态；
b．固体量增加不影响化学平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的转化率．
c．乙容器中一氧化碳增加，相当于增大压强，反应前后体积不变，甲容器中CO的平衡转化率等于乙的转化率；
d．依据平衡三段式计算平衡物质的量；计算甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比；
（4）①通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-═Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平写出：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O═CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
（5）根据BaSO₄的K_sp求出溶液中硫酸根的浓度，再根据SrSO₄的K_sp求出Sr²⁺物质的量浓度；

解答： 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（s，石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ?mol^-1；
②C（s，石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ?mol^-1．
依据盖斯定律计算①-②×3得到：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ?mol^-1．
则a=-28.5kJ?mol^-1；
故答案为：-28.5kJ?mol^-1 ；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，平衡常数K=

c3(CO2)

c3(CO)

；反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小；
故答案为：

c3(CO2)

c3(CO)

；减小；
（3）①在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲中，加入物质反应达到平衡，设消耗一氧化碳物质的量为x
             Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol） 1         1         1         1
变化量（mol）           x                   x
平衡量（mol）          1-x                 1+x
K=

c3(CO2)

c3(CO)

=

(1+x)3

(1-x)3

=64，计算得到x=0.6
转化率=60%，
故答案为：60%；            
 ②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
A．反应前后气体质量变化，体积不变，若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态，故A正确；
B．固体量增加不影响化学平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的转化率，故B错误；
C．乙容器中一氧化碳增加，相当于增大压强，反应前后体积不变，甲容器中CO的平衡转化率等于乙的转化率，故C错误；
D．甲容器中平衡一氧化碳物质的量为0.4mol；乙容器中结合平衡常数计算得到消耗一氧化碳为1.4mol，平衡物质的量为0.6mol，甲和乙容器中CO的平衡浓度之比为0.4：0.6=2：3；故D正确；
故答案为：AD；
（4）①通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-═Co³⁺，
故答案为：Co²⁺-e^-═Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写离子方程式为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O═CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，
故答案为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O═CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
（5）滤液中Ba²⁺浓度为1×10^-5mol?L^-1，则c（SO₄^2-）=

Ksp(BaSO4)

c(Ba2+)

=

1.1×10-10

1×10-5

=1.1×10^-5mol/L；
所以滤液中Sr²⁺物质的量浓度为c（Sr²⁺）=

Ksp(SrSO4)

c(SO42-)

=

3.3×10-7

1.1×10-5

=0.03mol/L，当Sr²⁺物质的量浓度大于0.03mol/L是会析出SrSO₄沉淀，所以滤液中Sr²⁺物质的量浓度不大于0.03mol/L；
故答案为：0.03．

点评：本题考查了化学平衡的分析应用，化学反应速率、平衡常数计算应用、原电池原理、电解原理的电极反应书写方法、沉淀溶解平衡和溶度积常数的计算应用分析，题目难度中等．