Question

我國是個(gè)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(gè)容積為10L的密閉容器中,1000℃時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)，理論上消耗的甲烷的體積為            （標(biāo)況下）。

Answer 1

I．（1）60％（2分）          （2）d（2分）
Ⅱ．（1）0.15mol/(L·min) （2分）（單位出錯(cuò)給1分）    
（2） A  D  E (3分，有錯(cuò)選不得分)
Ⅲ．（1）  CH₄ + 4O^2— —8e^—= CO₂+ 2H₂O；（2分） 
（2）    1.12 L（2分）      

解析試題分析：I.（1）令平衡時(shí)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(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故a錯(cuò)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(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故b錯(cuò)誤；c．加入合適的催化劑，平衡不移動(dòng)，故c錯(cuò)誤；d．移出部分CO2，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，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(dòng)，故e錯(cuò)誤；故選d； III（1）達(dá)到平衡時(shí)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(shí)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(dòng)，故2Q1＜Q3，故B錯(cuò)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(dòng)，故a1＜a3 ，故C錯(cuò)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(gè)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 + 4O^2——8e^—= CO₂+ 2H₂O。（2）電解硫酸銅溶液時(shí)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(gè)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(shí)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(diǎn)：本題綜合考查了化學(xué)平衡、電化學(xué)等知識(shí)，題目側(cè)重于等效平衡的計(jì)算，為該題的難點(diǎn)，也是易錯(cuò)點(diǎn)，注意理解等效平衡問題。