Question

【題目】我國是個鋼鐵大國，鋼鐵產量為世界第一，高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法。

I.已知反應Fe2O3(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)△H=-23.5kJmol-1，該反應在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，應經過l0min后達到平衡。

(1)CO的平衡轉化率=__；

(2)欲提高CO的平衡轉化率，促進Fe2O3的轉化，可采取的措施是__；

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

e.粉碎礦石，使其與平衡混合氣體充分接觸

Ⅱ.高爐煉鐵產生的廢氣中的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)。請根據圖示回答下列問題：

(3)從反應開始到平衡，用H2濃度變化表示平均反應速率v(H2)=___；

(4)已知氫氣的燃燒熱286kJ/mol，請寫出甲醇氣體不充分燃燒的熱化學方程式___；

(5)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物，測得反應達到平衡吋的有關數(shù)據如下表：

容器	反應物投入的量	反應物的 轉化率	CH3OH 的濃度	能量變化(Q1、Q2、Q3均大于0)
甲	1molCO和2molH2	α1	c1	放出Q1kJ熱量
乙	1molCH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ熱量
丙	2molCO和4molH2	α3	c3	放出Q3kJ熱量

則下列關系正確的是___。

A.c1=c2 B.2Q1=Q3 C.2α1=α3 D.α/span>1+α2=1

E.該反應若生成1molCH3OH，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}：

(6)B極上的電極反應式為___；

(7)若用該燃料電池做電源，用石墨做電極電解100mL1mol/L的硫酸銅溶液，當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__(標況下)。

Answer 1

【答案】60% d 0.15mol/(Lmin) CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g) △H=-481kJ/mol ADE CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 1.12L

【解析】

I．(1)設消耗CO的物質的量是xmol，根據三段式，根據平衡常數(shù)的計算公式列方程，求出x；最后根據轉化率的公式進行計算；

(2)結合反應的特點，根據影響平衡移動的規(guī)律進行分析；

Ⅱ．(3)根據圖像可知反應進行到10min時達到平衡狀態(tài)，生成甲醇的濃度是0.75mol/L，則根據方程式可知消耗氫氣的濃度是1.5mol/L，據此可以計算出所氫氣的反應速率；

(4) 根據氫氣的燃燒熱286kJ/mol，可得氫氣燃燒的熱化學方程式；由圖可得出CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H，然后結合目標方程式，根據蓋斯定律進行計算；

(5)結合反應特點，根據等效平衡規(guī)律進行分析；

Ⅲ．(6)B電極通入甲烷轉化為CO2，這說明甲烷被氧化發(fā)生氧化反應，則B電極是負極，導電離子為O2﹣，據此寫出電極反應式。

I．(1)設消耗CO的物質的量是xmol，則生成CO2的物質的量也是xmol，因此平衡時CO和CO2的物質的量分別是1—x和1＋x。則 根據平衡常數(shù)可知 ，解得x＝0.6，則CO的平衡轉化率60%。

故答案為：60%；

(2)a．正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向進行，轉化率降低，a錯誤；

b．反應前后體積不變，增大反應體系的壓強平衡不移動，轉化率不變，b錯誤；

c．催化劑不能改變平衡狀態(tài)，則選取合適的催化劑不能改變轉化率，c錯誤；

d．及時吸收或移出部分CO2，平衡向正反應方向移動，轉化率增大，d正確；

e．粉碎礦石，使其與平衡混合氣體充分接觸可以加快反應速率，但不能影響平衡狀態(tài)，轉化率不變，e錯誤，答案選d。

故答案為：d；

Ⅱ．(3)根據圖像可知反應進行到10min時達到平衡狀態(tài)，生成甲醇的濃度是0.75mol/L，則根據方程式可知消耗氫氣的濃度是1.5mol/L，所以用氫氣表示的反應速率為＝0.15mol/(Lmin)；

故答案為：0.15mol/(Lmin)；

(4) 已知氫氣的燃燒熱286kJ/mol，可得氫氣燃燒的熱化學方程式為：①；由圖可知CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的反應熱，可得②，根據蓋斯定律可知：CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g) 可由2①-②得到，則該反應的反應熱△H=，該反應熱化學方程式為：CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g) △H=-481kJ/mol，

故答案為：CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g) △H=-481kJ/mol；

(5)A．溫度和容器容積相等，則根據表中數(shù)據可知甲和乙的平衡是等效的，則c1＝c2，A正確；

B．丙相當于在甲的基礎上再加入1molCO和2mol氫氣，壓強增大平衡向正反應方向進行，反應物的轉化率增大，所以2Q1＜Q3，B錯誤；

C．根據B中分析可知2α1不一定等于α3，C錯誤；

D．甲、乙平衡等效，則α1+α2＝1，D正確，

E．由以上分析甲、乙平衡等效，則平衡時甲生成的甲醇與乙中消耗的甲醇物質的量之和恰好為1mol，則該反應若生成1molCH3OH，則放出(Q1+Q2)kJ熱量

故答案為：ADE；

Ⅲ．(6)B電極通入甲烷轉化為CO2，這說明甲烷被氧化發(fā)生氧化反應，則B電極是負極，電極反應式為CH4+4O2﹣﹣8e﹣=CO2+2H2O；

故答案為：CH4+4O2﹣﹣8e﹣=CO2+2H2O；

(7)硫酸銅的物質的量是0.1mol，惰性電極電解時陽極是氫氧根放電產生氧氣。陰極是銅離子放電析出銅。當銅離子完全放電后氫離子放電產生氫氣。當兩極收集到的氣體體積相等時，這說明陰極有氫氣產生。設二者的物質的量均是xmol，則根據電子得失守恒可知0.1×2＋2x＝4x，解得x＝0.1，即陽極產生0.1mol氧氣，轉移0.4mol電子，所以根據電子轉移守恒可知理論上消耗的甲烷的物質的量設0.4mol÷8＝0.05mol，在標準狀況下的體積為1.12L。

故答案為：1.12L；