Question

【題目】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) ΔH＝－566 kJ/mol

2Fe(s) + 3/2O2(g)＝Fe2O3(s) ΔH＝－825.5 kJ/mol

反應(yīng)：Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH＝________ kJ/mol。

Ⅱ．反應(yīng)1/3Fe2O3(s)+CO(g)2/3 Fe(s)+CO2(g)在1000℃的平衡常數(shù)等于4.0。在一容積為10 L的密閉容器中，1000℃時加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0 mol，反應(yīng)經(jīng)過10min后達(dá)到平衡。

（1）CO的平衡轉(zhuǎn)化率為 __________。

（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

Ⅲ．高爐煉鐵產(chǎn)生的廢氣中的CO可進(jìn)行回收，使其在一定條件下與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υ(H2)＝_____________。

（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)到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

容器	反應(yīng)物投入的量	反應(yīng)物 轉(zhuǎn)化率	CH3OH的濃度	能量變化 （Q1，Q2，Q3均大于0）
甲	1 molCO和2 molH2	α1	c1	放出Q1 kJ熱量
乙	1 molCH3OH	α2	c2	吸收Q2 kJ熱量
丙	2 molCO和4 molH2	α3	c3	放出Q3 kJ熱量

則下列關(guān)系正確的是 _________（填序號）。

A．c1＝c2；B．2Q1＝Q3；C．2α1＝α3；D．α1+α2=1；E．該反應(yīng)若生成1 molCH3OH，則放出（Q1+Q2）kJ熱量

Answer 1

【答案】－23.5 60% d 0.15mol/(Lmin) ADE

【解析】

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。

I.①2CO(g) + O2(g)＝2CO2(g) ΔH＝－566 kJ/mol

②2Fe(s) + 3/2O2(g)＝Fe2O3(s) ΔH＝－825.5 kJ/mol

由蓋斯定律①×②得到Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)

則△H=566×+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：

1/3Fe2O3(s)+CO(g)2/3 Fe(s)+CO2(g)

開始(mol) 1 1

變化(mol) n n

平衡(mol) 1n n+1

所以=4，解得n=0.6，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率為×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不符合題意；

b、反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，增大壓強(qiáng)平衡不移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故b不符合題意；

c、加入合適的催化劑，平衡不移動，故c不符合題意；

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符合題意；

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不符合題意；

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)=═=0.15mol/(Lmin)；

（2）A、甲、乙相比較，把乙等效為開始加入1molCO和2molH2，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，相當(dāng)于壓強(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，相當(dāng)于壓強(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α1<α3，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1molCH3OH，則放出(Q1+Q2)kJ熱量，故E正確；

故答案為：ADE。