Question

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.已知反應(yīng) Fe2O3(s)+ CO(g) Fe(s)+ CO2(g) ΔH＝-23.5 kJ·mol-1，該反應(yīng)在

1000℃的平衡常數(shù)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(yīng)經(jīng)過l0min后達(dá)到平衡。

（1）CO的平衡轉(zhuǎn)化率=____________

（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________

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

Ⅱ.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)=________

（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(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	α1	c1	放出Q1kJ熱量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ熱量
丙	2mol CO和4mol H2	α3	c3	放出Q3kJ熱量

 

則下列關(guān)系正確的是________

A．c1=c2????? B．2Q1=Q3??? C．2α1=α3?????? D．α1+α2 =1

E．該反應(yīng)若生成1mol CH3OH，則放出(Q1+Q2)kJ熱量

Ⅲ．以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛的研究，如圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖�；卮鹣铝袉栴}：

（1）B極上的電極反應(yīng)式為????????????????????????????????????????????

（2）若用該燃料電池做電源，用石墨做電極電解100mL 1mol/L的硫酸銅溶液，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時，理論上消耗的甲烷的體積為???????????? （標(biāo)況下）。

 

Answer 1

【答案】

I．（1）60％（2分） ??? ???? （2）d（2分）

Ⅱ．（1）0.15mol/(L·min) （2分）（單位出錯給1分）???

（2） A? D? E (3分，有錯選不得分)

Ⅲ．（1）? CH4 + 4O2— —8e—= CO2+ 2H2O；（2分）?

（2）??? 1.12 L（2分）??????

【解析】

試題分析：I.（1）令平衡時CO的物質(zhì)的量變化為nmol，則：

Fe2O3(s)+ CO(g) 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(zhuǎn)化率為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）=△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(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；Ⅲ．（1）通入燃料甲烷的電極是負(fù)極，通入氧氣的電極是正極。負(fù)極發(fā)生的電極式為CH4 + 4O2——8e—= CO2+ 2H2O。（2）電解硫酸銅溶液時陽極的電極反應(yīng)式4OH— —4e—= O2↑+ 2H2O，陰極的反應(yīng)式是： Cu2++2e-=Cu；2H++e-=H2↑。N(Cu)=0.1mol.若兩極收集到的氣體體積相等，設(shè)其物質(zhì)的量為X。則4X=0.1×2+2X。解得X=0.1.在整個反應(yīng)過程轉(zhuǎn)移電子相等。電子的物質(zhì)的量為0.4mol.由于每摩爾甲烷失去電子8摩爾，所以需要甲烷的物質(zhì)的量為0.05摩爾。V（CH4）=0.05摩爾×22.4升/摩爾=1.12 升 。實際上消耗的甲烷體積比理論上大，可能原因是甲烷不完全被氧化，生成C或CO? 或 電池能量轉(zhuǎn)化率達(dá)不到100%。

考點：本題綜合考查了化學(xué)平衡、電化學(xué)等知識，題目側(cè)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。