Question

12．我國是個鋼鐵大國，鋼鐵產(chǎn)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）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═Fe₂O₃（s）△H=-825.5kJ/mol
反應(yīng)：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-23.5kJ/mol．
Ⅱ．反應(yīng)$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）在1000℃的平衡常數(shù)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(yīng)經(jīng)過10min后達(dá)到平衡．
（1）CO的平衡轉(zhuǎn)化率=60%．
（2）欲提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)Fe₂O₃的轉(zhuǎn)化，可采取的措施是d
a．提高反應(yīng)溫度              b．增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng)
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(chǎn)生的廢氣中的CO可進(jìn)行回收，使其在一定條件下和H₂反應(yīng)制備甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．請根據(jù)圖示回答下列問題：

（1）從反應(yīng)開始到平衡，用H₂濃度變化表示平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.15mol/（L•min）．
（2）若在溫度和容積相同的三個密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，測得反應(yīng)達(dá)到平衡吋的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

容器	反應(yīng)物投入的量	反應(yīng)物的轉(zhuǎn)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(guān)系正確的是ADE．
A c₁=c₂B.2Q₁=Q₃C.2a₁=a₃D．a(chǎn)₁+a₂=1E．該反應(yīng)若生成1mol CH₃OH，則放出（Q₁+Q₂）kJ熱量．

Answer 1

分析 I．依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到需要的熱化學(xué)方程式；
II．（1）令平衡時CO的物質(zhì)的量變化為nmol，利用三段式表示出平衡時CO、CO₂的物質(zhì)的量，化學(xué)計量數(shù)都是1，利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)計算n的值，進(jìn)而計算CO的濃度變化量，再利用轉(zhuǎn)化率定義計算CO的轉(zhuǎn)化率；
（2）提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)移動，但不能增大CO的用量，結(jié)合選項根據(jù)平衡移動原理分析；
III．（1）根據(jù)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(yīng)速率；
（2）甲容器反應(yīng)物投入1molCO 2molH₂與乙容器反應(yīng)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(dāng)于1molCO.2molH₂完全轉(zhuǎn)化成1mol CH₃OH的能量，即吸放熱Q₁+Q₂數(shù)值上就等于90.8kJ；甲容器反應(yīng)物投入量1molCO、2molH₂與丙容器反應(yīng)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(xiàn)在是溫度、容積相同的3個密閉容器，可以當(dāng)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(yīng)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(shè)狀況）而言，丙容器平衡向正向移動，也就是說，丙容器的轉(zhuǎn)化率比甲容器還要大一些．因此2c₁＜c₃、α₂＜α₃．

解答 解：I．①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol
②2Fe（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=Fe₂O₃（s）△H=-825.5kJ/mol
由蓋斯定律①×$\frac{3}{2}$-②得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
則△H=-566×$\frac{3}{2}$+825.5=-23.5kJ/mol，
故答案為：-23.5；
Ⅱ．（1）令平衡時CO的物質(zhì)的量變化為nmol，則：
            $\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）
開始（mol）：1                           1
變化（mol）：n                          n
平衡（mol）：1-n                      n+1
所以$\frac{n+1}{1-n}$=4，解得n=0.6，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%，故答案為：60%；
（2）a．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故a錯誤；
b．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，減小容器的容積，增大壓強(qiáng)平衡不移動，CO的平衡轉(zhuǎn)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(yīng)移動，CO的平衡轉(zhuǎn)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(dá)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）=$\frac{△c}{△t}$═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(yīng)物的物質(zhì)的量為甲的2倍，壓強(qiáng)增大，對于反應(yīng)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(yīng)物的物質(zhì)的量為甲的2倍，壓強(qiáng)增大，對于反應(yīng)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(tài)，而且反應(yīng)方向相反，則α₁+α₂=1，故D正確；
E、甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，而且反應(yīng)方向相反，兩個方向轉(zhuǎn)化的和恰好為1mol，所以該反應(yīng)若生成1mol CH₃OH，則放出（Q₁+Q₂）kJ熱量，故E正確；
故答案為：ADE．

點評 本題綜合考查了蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡計算、平衡影響因素等，題目側(cè)重于等效平衡的計算，為該題的難點，也是易錯點，題目難度中等．