Question

12．高爐煉鐵是冶煉鐵的主要方法，發(fā)生的主要反應(yīng)為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe（s）+3CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1．
（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（s，石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1；
②C（s，石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1．則a=-28.5．
（2）冶煉鐵反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，溫度升高后，K值減小（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（3）在T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，在2L恒容密閉容器甲和乙中，分別按下表所示加入物質(zhì)，反應(yīng)經(jīng)過一段時間后達(dá)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的平衡轉(zhuǎn)化率為60%．
②下列說法正確的是ad（填字母）．
a．若容器內(nèi)氣體密度恒定時，標(biāo)志反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
b．增加Fe₂O₃的量，可以提高CO的轉(zhuǎn)化率
c．甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率大于乙的平衡轉(zhuǎn)化率
d．甲、乙容器中，CO的平衡濃度之比為2：3
（4）采取一定措施可防止鋼鐵腐蝕．下列裝置中的燒杯里均盛有等濃度、等體積的NaCl溶液．
①在a、b、c裝置中能保護(hù)鐵的是bc（填字母）．
②若用d裝置保護(hù)鐵，X極的電極材料應(yīng)是鋅（填名稱）．

（5）25℃時有關(guān)物質(zhì)的溶度積如下：K_sp[Mg（OH）₂]=5.61×10^-12，K_sp[Fe（OH）₃]=2.64×10^-39．25℃時，向含有Mg²⁺、Fe³⁺的溶液中滴加NaOH溶液，當(dāng)兩種沉淀共存且溶液的pH=8時，c（Mg²⁺）：c（Fe³⁺）=2.215×10²¹．

Answer 1

分析 （1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1；①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g），以此計算反應(yīng)的焓變
（2）K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，固體不能代入K的表達(dá)式中；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動；
（3）①在T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，甲容器內(nèi)濃度商Qc=1，小于平衡常數(shù)，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，設(shè)消耗一氧化碳物質(zhì)的量為x，則：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：1                     1
變化量（mol）：x                     x
平衡量（mol）：1-x                  1+x
故$\frac{（1+x）^{3}}{（1-x）^{3}}$=64，解得x=0.6，
以此計算CO的轉(zhuǎn)化率；
②a．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，密度為變量；
b．Fe₂O₃為固體量，增加其用量，不影響化學(xué)平衡移動；
c．乙相當(dāng)于在甲平衡的基礎(chǔ)上加入1molCO，反應(yīng)速率加快；
d．乙容器內(nèi)濃度商Qc=0.125，小于平衡常數(shù)，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，令平衡時乙中參加反應(yīng)的CO為ymol，則：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：2                         1
變化量（mol）：y                         y
平衡量（mol）：2-y                     1+y
反應(yīng)前后氣體體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故$\frac{（1+y）^{3}}{（2-y）^{3}}$=64，解得y=1.4，故平衡時乙容器內(nèi)CO為2mol-1.4mol=0.6mol，由①中的計算可知平衡時，甲中CO為1mol-0.6mol=0.4mol，；
（4）①a裝置中鐵連接電源的正極，為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)；
b裝置中鐵連接電源的負(fù)極，為陰極，能保護(hù)鐵不被腐蝕；
c裝置中，鋅比鐵活潑，鋅作負(fù)極，鐵被保護(hù)；
②若d裝置能夠保護(hù)鐵，則X的活潑性應(yīng)比鐵活潑，使右側(cè)裝置為原電池，左側(cè)裝置為電解池，構(gòu)成外接電源的陰極保護(hù)法，X可以是Zn、Al等活潑的金屬；
（5）根據(jù)氫氧化鎂和氫氧化鐵的溶解平衡以及溶度積表達(dá)式，則當(dāng)兩種沉淀共存且溶液的pH=8時，結(jié)合Ksp計算．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1；①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g），根據(jù)蓋斯定律得到反應(yīng)的焓變△H=+489.0kJ•mol^-1-3×（+172.5kJ•mol^-1）=-28.5kJ•mol^-1．
即a=-28.5，
故答案為：-28.5；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe（s）+3CO₂（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K值將減小，
故答案為：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；減�。�
（3）①在T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，甲容器內(nèi)濃度商Qc=1，小于平衡常數(shù)，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，設(shè)消耗一氧化碳物質(zhì)的量為x，則：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：1                     1
變化量（mol）：x                     x
平衡量（mol）：1-x                  1+x
反應(yīng)前后氣體體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故$\frac{（1+x）^{3}}{（1-x）^{3}}$=64，解得x=0.6，
故CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%
故答案為：60%；
②a．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，若容器內(nèi)氣體密度恒定時，標(biāo)志反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．Fe₂O₃為固體量，增加其用量，不影響化學(xué)平衡移動，不能提高CO的轉(zhuǎn)化率，故b錯誤；
c．乙相當(dāng)于在甲平衡的基礎(chǔ)上加入1molCO，反應(yīng)速率加快，故乙容器中CO平衡時的速率更高，故c錯誤；
d．乙容器內(nèi)濃度商Qc=0.125，小于平衡常數(shù)，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，令平衡時乙中參加反應(yīng)的CO為ymol，則：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：2                         1
變化量（mol）：y                         y
平衡量（mol）：2-y                     1+y
反應(yīng)前后氣體體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故$\frac{（1+y）^{3}}{（2-y）^{3}}$=64，解得y=1.4，故平衡時乙容器內(nèi)CO為2mol-1.4mol=0.6mol，由①中的計算可知平衡時，甲中CO為1mol-0.6mol=0.4mol，故甲、乙容器中CO的平衡濃度之比為0.4mol：0.6mol=2：3，故d正確；
故答案為：ad；
（4）①a裝置中鐵連接電源的正極，為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，加速其腐蝕，a錯誤；b裝置中鐵連接電源的負(fù)極，為陰極，能保護(hù)鐵不被腐蝕，是外接電源的陰極保護(hù)法，b正確；c裝置中，鋅比鐵活潑，鋅作負(fù)極，鐵被保護(hù)，是犧牲陽極的陰極保護(hù)法，c正確，
故答案為：bc；
②若d裝置能夠保護(hù)鐵，則X的活潑性應(yīng)比鐵活潑，使右側(cè)裝置為原電池，左側(cè)裝置為電解池，構(gòu)成外接電源的陰極保護(hù)法，X可以是Zn、Al等活潑的金屬，
故答案為：鋅；
（5）根據(jù)氫氧化鎂和氫氧化鐵的溶解平衡以及溶度積表達(dá)式，則當(dāng)兩種沉淀共存且溶液的pH=8時，
c（Mg²⁺）=$\frac{Ksp}{c（O{H}^{-}）^{2}}$=$\frac{5.61×1{0}^{-12}}{1{0}^{-12}}$═5.61mol/L，
c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp}{c（O{H}^{-}）^{3}}$=$\frac{2.64×1{0}^{-39}}{1{0}^{-18}}$=2.64×10^-21mol/L，
所以 c（Mg²⁺）：c（Fe³⁺）=5.61：2：64×10^-21=2.215×10²¹，
故答案為：2.215×10²¹．

點評 本題考查化學(xué)平衡的計算，為高頻考點，把握K的意義、化學(xué)平衡移動、Ksp計算等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意平衡常數(shù)表達(dá)式中不能出現(xiàn)固體，綜合性較強，題目難度不大．