Question

（2012?唐山二模）高爐煉鐵是冶煉鐵的主要方法，發生的主要反應為：
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=+489kJ?mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ?mol^-1
則a=

-28.5

kJ?mol^-1，煉鐵反應平衡常數K隨溫度升高而

減小

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（2）在T℃時，該反應的平衡常數K=64，在體積均為2L的恒容密閉容器甲和乙中，分別按下所示加入物質，反應經過一段時間后達到平衡．

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

①甲容器中CO的平衡轉化率為

60%

．
②下列說法正確的是

cd

（填字母）．
a．增加Fe₂O₃的量可以提高CO的轉化率
b．甲、乙容器中CO的平衡轉化率之比大于1
c．甲、乙容器中，CO的平衡濃度之比為2：3
d．若容器內氣體密度恒定時，標志反應達到平衡狀態
（3）實驗室有提純后的鐵礦粉（含氧化鐵、氧化亞鐵中的一種或兩種），請設計實驗探究其成分：
實驗室僅提供如下儀器和試劑：燒杯、試管、玻璃棒、藥匙、膠頭滴管、酒精燈、試管夾；3mol/L H₂SO₄溶液、0.01mol/L KMnO₄溶液、20% KSCN溶液、蒸餾水．
①提出合理假設：
假設1：只含氧化亞鐵；
假設2：只含氧化鐵；
假設3：

既含氧化亞鐵又含氧化鐵

．
②請在下列表格中填寫實驗步驟、預期現象與結論．（可不必填滿）

實驗操作	預期現象及結論
步驟1：取少量樣品于燒杯中加適量稀硫酸溶解	\
步驟2： 取少量步驟1所得溶液于試管中滴加幾滴KSCN溶液	若溶液變紅則證明樣品中含氧化鐵 若不變紅則證明樣品中不含氧化鐵
步驟3： 另取少量步驟1所得溶液于試管中滴加幾滴KMnO4溶液	若KMnO4溶液紫色褪去則證明樣品中含氧化亞鐵 若KMnO4溶液不褪色則證明樣品中不含氧化亞鐵
步驟4： 空	空

Answer 1

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到需要的熱化學方程式；計算分析煉鐵反應是放熱反應，溫度升高平衡逆向進行，平衡常數K隨溫度升高而減小；
（2））①在T℃時，該反應的平衡常數K=64，在2L恒容密閉容器甲中，加入物質反應達到平衡，依據平衡三段式列式計算結合轉化率概念計算得到；
②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
a．固體量增加不影響化學平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉化率；
b．乙容器中一氧化碳增加，相當于增大壓強，反應前后體積不變，甲容器中CO的平衡轉化率等于乙的轉化率；
c．依據平衡三段式計算平衡物質的量；計算甲、乙容器中，CO的平衡濃度之比；
d．反應前后氣體質量變化，體積不變，若容器內氣體密度恒定時，標志反應達到平衡狀態；
（3）①提純后的鐵礦粉含氧化鐵、氧化亞鐵中的一種或兩種，以此分析判斷；
②依據溶解后溶液中的鐵離子和亞鐵離子實驗檢驗方法設計實驗，依據反應現象判斷樣品成分．

解答：解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489kJ?mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJ?mol^-1
由蓋斯定律①-②×③得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ?mol^-1，
則煉鐵反應是放熱反應，溫度升高平衡逆向進行，平衡常數K隨溫度升高而減小，
故答案為：-28.5；減小；
（2）①在T℃時，該反應的平衡常數K=64，在2L恒容密閉容器甲中，加入物質反應達到平衡，設消耗一氧化碳物質的量為x
              Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）  1          1         1        1
變化量（mol）             x          x
平衡量（mol）            1-x        1+x
K=

c3(CO2)

c3(CO)

=

(1+x)3

(1-x)3

=64，解得x=0.6mol，
轉化率=

0.6mol

1mol

×100%=60%，
故答案為：60%；
②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
a．固體量增加不影響化學平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉化率，故a錯誤；
b．乙容器中一氧化碳增加，相當于增大壓強，反應前后體積不變，甲容器中CO的平衡轉化率等于乙的轉化率，故b錯誤；
c．甲容器中平衡一氧化碳物質的量為0.4mol；乙容器中結合平衡常數計算得到消耗一氧化碳為1.4mol，平衡物質的量為0.6mol，甲和乙容器中CO的平衡濃度之比為0.4+0.6=2：3；故c正確；
d．反應前后氣體質量變化，體積不變，若容器內氣體密度恒定時，標志反應達到平衡狀態，故d正確；
故答案為：cd；
（3）①提純后的鐵礦粉含氧化鐵、氧化亞鐵中的一種或兩種，依據假設1和假設2可知，假設3既含氧化亞鐵又含氧化鐵，
故答案為：既含氧化亞鐵又含氧化鐵；
②樣品溶解后的溶液，步驟2取少量溶液于試管中加入幾滴硫氰酸鉀溶液，若呈紅色證明含有氧化鐵，若不呈紅色證明不含氧化鐵；步驟3另取少量溶液與試管中加入高錳酸鉀溶液若褪色證明含亞鐵離子，若高錳酸鉀溶液不褪色證明不含有亞鐵離子，
故答案為：

實驗操作	預期現象及結論
步驟2：取少量步驟1所得溶液于試管中滴加幾滴KSCN溶液	若溶液變紅則證明樣品中含氧化鐵 若不變紅則證明樣品中不含氧化鐵
步驟3：另取少量步驟1所得溶液于試管中滴加幾滴KMnO4溶液	若KMnO4溶液紫色褪去則證明樣品中含氧化亞鐵 若KMnO4溶液不褪色則證明樣品中不含氧化亞鐵

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律計算應用，平衡常數計算應用，化學平衡三段式列式計算方法，原電池原理的分析判斷，物質組成的實驗探究實驗方法，題目難度中等．