Question

.(13分)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),ΔH＝-566 kJ·mol^-1

2Fe(s)+ O₂(g)＝Fe₂O₃(s),ΔH＝-825.5 kJ·mol^-1

反应：Fe₂O₃(s)+ 3CO(g) 2Fe(s)+ 3CO₂(g),ΔH＝______ kJ·mol^-1.

Ⅱ.反应 1/3Fe₂O₃(s)+ CO(g)2/3Fe(s)+ CO₂(g)在1000℃的平衡常数等于4.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.

(1)CO的平衡转化率=____________.

(2)欲提高CO的平衡转化率,促进Fe₂O₃的转化,可采取的措施是________.

a．提高反应温度              b．增大反应体系的压强

c．选取合适的催化剂          d．及时吸收或移出部分CO₂

e．粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触

Ⅲ.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:

CO(g)+ 2H₂(g)CH₃OH(g).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)=________.

(2)若在温度和容器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:

容器	反应物投入的量	反应物的 转化率	CH3OH的浓度	能量变化 (Q1、Q2、Q3均大于0)
甲	1mol CO和2mol H2	α1	c1	放出Q1 kJ热量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2 kJ热量
丙	2mol CO和4mol H2	α3	c3	放出Q3 kJ热量

则下列关系正确的是________.

A c₁=c₂                             B.2Q₁=Q₃        C. 2α₁=α₂           D. α₁+α₂=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 mol CO、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.

(4)甲醇可与氧气构成燃料电池,该电池用多孔的惰性电极浸入浓氢氧化钾溶液,写出该电池的负极反应式___                                  ____。

 

Answer 1

【答案】

I．-23.5（2分）  Ⅱ．（1）60％（2分）          （2）d（1分）

Ⅲ．（1）0.15mol/(L·min) （2分）     (2) A  D  E (3分)

(3) 正 （2分）   （4）CH₃OH + 8OH^- - 6e^- ＝ CO₃^2- + 6H₂O. （2分）

【解析】I．考查盖斯定律的应用。根据已知反应可知，①×3/2－②即得到Fe₂O₃(s)+ 3CO(g)     2Fe(s)+ 3CO₂(g)，所以反应热是－566 kJ·mol^-1×3/2＋825.5 kJ·mol^-1＝－23.5kJ·mol^-1。

 Ⅱ．设消耗CO设xmol，则生成CO₂设xmol，所以平衡时CO和CO₂的物质的量分别是1－x和1＋x，因此根据平衡常数表达式可知，解得x＝0.6，即转化率是60％。

由于反应是吸热的、体积不变的可逆反应，因此提高反应温度平衡向逆反应方向移动，改变压强或使用催化剂，平衡不移动。降低生成物浓度，平衡向正反应方向移动，d正确。e不正确，粉碎矿石使其与平衡混合气体充分接触，只能改变反应速率，但不能影响平衡状态，答案选d。

Ⅲ．（1）根据图像可知，平衡时生成甲醇是0.75mol/L，则消耗氢气是1.5mol/L，所以氢气的反应速率是1.5mol/L÷10min＝0.15mol/(L·min) 。

（2）1mol CH₃OH相当于是1mol CO和2mol H₂，所以甲和乙的平衡是等效的，因此选项ADE正确。丙相当于在甲的基础上增大压强，平衡向正反应方向移动，所以应该是.2Q₁＜Q₃，α₁＜α₂，B、C不正确。答案选ADE。

（3）平衡吋测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍，这说明气体的体积是减小的，所以反应向正反应方向移动。

（4）原电池中负极失去电子，所以甲醇在负极通入。由于是碱性溶液，所以负极电极反应式为CH₃OH + 8OH^- - 6e^- ＝ CO₃^2- + 6H₂O。