Question

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）△H=-566kJ/mol
2Fe（s）+

3

2

O₂（g）=Fe₂O₃（s）△H=-825.5kJ/mol
反應：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=

 

kJ/mol．
Ⅱ．反應 

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）在1000℃的平衡常數等于4.0．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10min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．（1）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	a1	c1	放出Q1kJ熱量
乙	1mol CH3OH	a2	c2	吸收Q2kJ熱量
丙	2mol CO和4mol H2	a3	c3	放出Q3kJ熱量

則下列關系正確的是

 

．
A c₁=c₂ B.2Q₁=Q₃ C.2a₁=a₃ D．a₁+a₂=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1 molCO、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

分析：I．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；
II．（1）令平衡時CO的物質的量變化為nmol，利用三段式表示出平衡時CO、CO₂的物質的量，化學計量數都是1，利用物質的量代替濃度代入平衡常數計算n的值，進而計算CO的濃度變化量，再利用轉化率定義計算CO的轉化率；
（2）提高CO的平衡轉化率，應使平衡向正反應移動，但不能增大CO的用量，結合選項根據平衡移動原理分析；
III（1）根據圖象中生成甲醇的量求出消耗的氫氣的量，再求出氫氣的反應速率；
（2）甲容器反應物投入1molCO 2molH₂與乙容器反應物投入1mol CH₃OH在保持恒溫、恒容情況下是等效平衡，平衡時CH₃OH的濃度c₁=c₂、α₁+α₂=1、Q₁+Q₂能量總變化相當于1molCO.2molH₂完全轉化成1mol CH₃OH的能量，即吸放熱Q₁+Q₂數值上就等于90.8kJ；甲容器反應物投入量1molCO、2molH₂與丙容器反應物投入量2molCO、4molH₂，若恒溫且丙容器容積是甲容器2倍，則甲容器與丙容器也是等效平衡，然而現在是溫度、容積相同的3個密閉容器，可以當成是在恒溫且容積是甲容器兩倍條件下，體積受到了壓縮，原反應正向氣體體積減少，由平衡移動原理，則相較于甲容器（或假設狀況）而言，丙容器平衡向正向移動，也就是說，丙容器的轉化率比甲容器還要大一些．因此2c₁＜c₃、α₂＜α₃；
（3）平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍，則總物質的量變為原先的

5

8

倍，據此判斷反應的方向；
（4）負極上的電極反應式等于電池的總反應式-正極發生的電極方程式；

解答：解：I．①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol
②2Fe（s）+

3

2

O₂（g）=Fe₂O₃（s）△H=-825.5kJ/mol
由蓋斯定律①×

3

2

-②得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
則△H=-566×

3

2

+825.5=-23.5kJ/mol，
故答案為：-23.5；
II （1）令平衡時CO的物質的量變化為nmol，則：
            

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）
開始（mol）：1                 1
變化（mol）：n                 n
平衡（mol）：1-n                n+1
所以

n+1

1-n

=4，解得n=0.6，則CO的平衡轉化率為

0.6mol

1mol

×100%=60%，故答案為：60%；
（2）a．該反應正反應是放熱反應，提高反應溫度，平衡向逆反應移動，CO的平衡轉化率降低，故a錯誤；
b．反應前后氣體的物質的量不變，減小容器的容積，增大壓強平衡不移動，CO的平衡轉化率不變，故b錯誤；
c．加入合適的催化劑，平衡不移動，故c錯誤；
d．移出部分CO₂，平衡向正反應移動，CO的平衡轉化率增大，故d正確；
e．粉碎礦石，使其與平衡混合氣體充分接觸，平衡不移動，故e錯誤；
故選d；
III（1）達到平衡時生成甲醇為：0.75mol/L，則消耗的c（H₂）=2×0.75mol/L=1.5mol/L，v（H₂）=

△c

△t

=

1.5mol/L

10min

=0.15mol/（L?min）
（2）A、甲、乙相比較，把乙等效為開始加入1mol CO和2mol H₂，和甲是等效的，甲乙是等效平衡，所以平衡時甲醇的濃度c₁=c₂，故A正確；
B、甲、丙相比較，丙中反應物的物質的量為甲的2倍，壓強增大，對于反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故2Q₁＜Q₃，故B錯誤；
C、甲、丙相比較，丙中反應物的物質的量為甲的2倍，壓強增大，對于反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故a₁＜a₃ ，故C錯誤；
D、甲、乙處于相同的平衡狀態，而且反應方向相反，則α₁+α₂=1，故D正確；
E、甲、乙處于相同的平衡狀態，而且反應方向相反，兩個方向轉化的和恰好為1mol，所以該反應若生成1mol CH₃OH，則放出（Q₁+Q₂）kJ熱量，故E正確；
故答案為：ADE；
（3）反應前后氣體總質量不變，同溫、同壓下，達到平衡時，氣體密度增大，即氣體體積縮小；平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍，則總物質的量變為原先的

5

8

倍，總物質的量=4×

5

8

=2.5mol，反應前后減少了1.5mol，即化學反應向著正反應方向進行，故答案為：正；
（4）以甲醇、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構成燃料電池，正極反應為：3O₂+12H₂O+12e^-=12OH^-，總反應式為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，兩式相減，負極反應為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評：本題綜合考查了蓋斯定律的應用、化學平衡、電化學等知識，題目側重于等效平衡的計算，為該題的難點，也是易錯點，注意理解等效平衡問題．