Question

9．鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎產業(yè)，是國家經(jīng)濟水平和綜合國力的重要標志，高爐煉鐵是最為普遍的一種煉鐵方法．
Ⅰ．已知：CO的燃燒熱為283KJ•mol^-1，2Fe（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=Fe₂O₃（s）△H=-825.5KJ•mol^-1．
（1）反應^：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-23.5kJ/molKJ•mol^-1
Ⅱ．反應$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）═$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）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(jīng)過l0min后達到平衡CO的平衡轉化率為60%．
（2）在1000℃的平衡常數(shù)等于7．
（3）欲提高CO的平衡轉化率，促進Fe₂O₃的轉化，可采取的措施是d．
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
Ⅲ．高爐煉鐵產生的廢氣中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(jù)圖示回答下列問題：
（4）圖中兩條曲線分別表示壓強為0.1MPa和5.0MPa下CO轉化率隨溫度的變化，其中代表壓強為5.0MPa的曲線是A（填“A”或“B”）
（5）該反應在進行的過程中，v_正（H₂）＞v_逆（CO）+v_正（CH₂OH）（填“＞”“＜”或“=”）
（6）在不改變反應混合物用量的前提下，為了加快反應速率且提高CO的轉化率，可采取的最佳措施是其他條件不變，增大壓強．
（7）甲醇可與氯氣構成燃料電池，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：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）CO的燃燒熱為283KJ•mol^-1，則①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ/mol，②2Fe（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=Fe₂O₃（s）△H=-825.5KJ•mol^-1，根據(jù)蓋斯定律來計算反應的焓變；
（2）化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，根據(jù)三行式計算；
（3）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(jù)平衡移動原理分析；
（4）比較壓強，統(tǒng)一溫度，在相同溫度200℃時，A的轉化率比B的高，說明壓強改變，平衡正向移動；
（5）反應速率之比等于各物質計量數(shù)之比；
（6）不改變反應混合物用量的前提下，用溫度、壓強對化學平衡產生影響；
（7）燃料電池的負極通入燃料，失去電子發(fā)生氧化反應．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ/mol，②2Fe（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=Fe₂O₃（s）△H=-825.5KJ•mol^-1，①×3-②得到反應：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g），該反應的△H=（-283kJ/mol）×3-（-825.5KJ•mol^-1）=-23.5kJ/mol，
故答案為：-23.5kJ/mol；
（2）反應$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）=Fe₂O₃（s）+CO₂（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$，
               $\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）=Fe₂O₃（s）+CO₂（g）
初始濃度：0.1                                     0.1
變化濃度：0.06                                    0.18    
平衡濃度：0.04                                     0.28
K=$\frac{0.28}{0.04}$=7，
故答案為：7；
（3）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、增加壓強，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，故b錯誤；
c、選取合適的催化劑，不影響平衡移動，CO的平衡轉化率不變，故c錯誤；
d、及時吸收或移出部分CO₂，平衡向正反應移動，CO的平衡轉化率增大，故d正確；
故選d．
（4）比較壓強，統(tǒng)一溫度，在相同溫度200℃時，A的轉化率比B的高，說明壓強改變，平衡正向移動，對于CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），是氣體體積縮小的反應，則壓強的改變只能是增大壓強，所以A點的壓強大，為5.0MPa，
故答案為：A；
（5）反應速率之比等于各物質計量數(shù)之比，達平衡時，v_逆（CO）=v_正（CH₃OH）=$\frac{1}{2}$v_正（H₂），即v_正（H₂）=v_逆（CO）+v_正（CH₃OH），在達平衡之前，正反應速率大于逆反應速率，即v_正（CH₃OH）＞v_逆（CO），故達平衡前v_正（H₂）＞v_逆（CO）+v_正（CH₃OH），
故答案為：＞；
（6）不改變反應混合物用量的前提下，用溫度、壓強對化學平衡產生影響，從圖中可知，升溫CO的轉化率降低，降溫速率會減慢，所以選擇增大壓強，加快反應速率且平衡正向移動，提高CO的轉化率，
故答案為：其他條件不變，增大壓強；
（7）燃料電池的負極通入燃料，失去電子發(fā)生氧化反應，在堿性環(huán)境的電極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題考查化學平衡的有關計算、化學反應焓變計算、平衡常數(shù)、電化學等有關知識，難度中等．