Question

.(13分)我國是個鋼鐵大國,鋼鐵產量為世界第一,高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法.

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

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

Ⅱ.反應 1/3Fe₂O₃(s)+ CO(g)2/3Fe(s)+ CO₂(g)在1000℃的平衡常數等于4.在一個容積為10L的密閉容器中,1000℃時加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol,反應經過l0min后達到平衡.

(1)CO的平衡轉化率=____________.

(2)欲提高CO的平衡轉化率,促進Fe₂O₃的轉化,可采取的措施是________.

a．提高反應溫度              b．增大反應體系的壓強

c．選取合適的催化劑          d．及時吸收或移出部分CO₂

e．粉碎礦石,使其與平衡混合氣體充分接觸

Ⅲ.高爐煉鐵產生的廢氣中的CO可進行回收,使其在一定條件下和H₂反應制備甲醇:

CO(g)+ 2H₂(g)CH₃OH(g).請根據圖示回答下列問題:

(1)從反應開始到平衡,用H₂濃度變化表示平均反應速率v(H₂)=________.

(2)若在溫度和容器相同的三個密閉容器中,按不同方式投入反應物,測得反應達到平衡吋的有關數據如下表:

容器	反應物投入的量	反應物的 轉化率	CH3OH的濃度	能量變化 (Q1、Q2、Q3均大于0)
甲	1mol CO和2mol H2	α1	c1	放出Q1 kJ熱量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2 kJ熱量
丙	2mol CO和4mol H2	α3	c3	放出Q3 kJ熱量

則下列關系正確的是________.

A c₁=c₂                             B.2Q₁=Q₃        C. 2α₁=α₂           D. α₁+α₂=1

E. 該反應若生成1mol CH₃OH，則放出(Q₁+Q₂)kJ熱量

(3)若在一體積可變的密閉容器中充入l mol CO、2mol H₂和1mol CH₃OH,達到平衡吋測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍,則該反應向________(填“正”、“逆”)反應方向移動.

(4)甲醇可與氧氣構成燃料電池,該電池用多孔的惰性電極浸入濃氫氧化鉀溶液,寫出該電池的負極反應式___                                  ____。

 

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．考查蓋斯定律的應用。根據已知反應可知，①×3/2－②即得到Fe₂O₃(s)+ 3CO(g)     2Fe(s)+ 3CO₂(g)，所以反應熱是－566 kJ·mol^-1×3/2＋825.5 kJ·mol^-1＝－23.5kJ·mol^-1。

 Ⅱ．設消耗CO設xmol，則生成CO₂設xmol，所以平衡時CO和CO₂的物質的量分別是1－x和1＋x，因此根據平衡常數表達式可知，解得x＝0.6，即轉化率是60％。

由于反應是吸熱的、體積不變的可逆反應，因此提高反應溫度平衡向逆反應方向移動，改變壓強或使用催化劑，平衡不移動。降低生成物濃度，平衡向正反應方向移動，d正確。e不正確，粉碎礦石使其與平衡混合氣體充分接觸，只能改變反應速率，但不能影響平衡狀態，答案選d。

Ⅲ．（1）根據圖像可知，平衡時生成甲醇是0.75mol/L，則消耗氫氣是1.5mol/L，所以氫氣的反應速率是1.5mol/L÷10min＝0.15mol/(L·min) 。

（2）1mol CH₃OH相當于是1mol CO和2mol H₂，所以甲和乙的平衡是等效的，因此選項ADE正確。丙相當于在甲的基礎上增大壓強，平衡向正反應方向移動，所以應該是.2Q₁＜Q₃，α₁＜α₂，B、C不正確。答案選ADE。

（3）平衡吋測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍，這說明氣體的體積是減小的，所以反應向正反應方向移動。

（4）原電池中負極失去電子，所以甲醇在負極通入。由于是堿性溶液，所以負極電極反應式為CH₃OH + 8OH^- - 6e^- ＝ CO₃^2- + 6H₂O。