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=akJ?mol^-1
（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ?mol^-1
②C（s）+CO₂（g）═2CO₂（g）△H₂=+172.5kJ?mol^-1则 a=

 

kJ?mol^-1
（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T⁰C时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示加人物质，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．当容器内气体密度恒定时，表明反应达到平衡状态
b．甲容器中CO的平衡转化率小于乙容器中CO的平衡转化率
c．甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比为3：2
d．增加Fe₂O₃的量可以提高CO的转化率
（4）采取一定措施可防止钢铁腐蚀．利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护，其中Y为NaCl，X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置

 

处（填字母下同）；若X为锌，开关K置于

 

处．
（5）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压，高铁电池的总反应为：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O 

放电

充电

3Zn（OH）₂+Fe（OH）₃+4KOH下列叙述正确的是

 

（填字母）．
A．放电时负极反应为：Zn-e^-+2OH^-=Zn（OH）₂
B．充电时阳极反应为：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O
C．放电时每转移3mol电子，正极有1mol K₂FeO₄被氧化．

Answer 1

考点：用化学平衡常数进行计算,有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理

专题：

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，依据平衡常数概念写出表达式，反应是放热反应，升温平衡逆向进行；
（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．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；
c．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；
d．固体量增加不影响化学平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的转化率；
（4）作原电池正极或作电解池阴极的金属被保护；
（5）根据电池总反应3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O═3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，可知，放电时，Zn被氧化，应为电池的负极，电极反应式为3Zn-6e^-+6OH^-═3Zn（OH）₂，K₂FeO₄为电池的正极，发生还原反应，电极反应式为2FeO₄^2-+6e^-+8H₂O═2Fe（OH）₃+10OH^-，结合电极反应式解答该题．

解答： 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
依据盖斯定律①-②×3得到
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
a=-28.5；
故答案为：-28.5；
（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
平衡常数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．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b错误；
c．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c错误；
d．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d错误；
故答案为：a；
（4）作原电池正极或作电解池阴极的金属被保护，若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，则铁应作电解池阴极，所以开关K应该置于处N处；若X为锌，为减缓铁的腐蚀，则铁应作原电池的正极，所以开关K应该置于M处，故答案为：N；M；
（5）A．放电时，Zn被氧化，生成Zn（OH）₂，电极反应式为3Zn-6e^-+6OH^-═3Zn（OH）₂，故A正确；
B．K₂FeO₄为电池的正极，发生还原反应，生成Fe（OH）₃，正极反应式为2FeO₄^2-+6e^-+8H₂O═2Fe（OH）₃+10OH^-，将正极反应倒过来即为阳极反应：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，故B正确；
C．放电时，Fe化合价由+6价降低为+3价，则放电时每转移3mol电子，正极有1molK₂FeO₄被还原，故C错误；
故选AB．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用，平衡常数计算应用，化学平衡三段式列式计算方法，原电池原理的分析判断，物质组成的实验探究实验方法，题目难度中等．