Question

13．高爐煉鐵是冶煉鐵的主要方法，發(fā)生的主要反應(yīng)為：Fe₂O₃+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=akJ•mol^-1
（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol
②C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
則 a=-28.5kJ．mol^-1
（2）冶煉鐵反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，溫度升高后，K值減小 （填“增大“、“不變”或“減小”）．
（3）在T⁰C時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，在2L恒容密閉容器甲和乙中，分別按如表所示加人物質(zhì)，反應(yīng)經(jīng)過一段時(shí)間后達(dá)到平衡．

	Fe2O3	CO	Fe	CO2
甲/mol	1.0	1.0	1.0	1.0
乙/mol	1.0	2.0	1.0	1.0

①甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率為60%．
②下列說法正確的是ab（填字母）．
a．當(dāng)容器內(nèi)氣體密度恒定時(shí)，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
b．甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率小于乙容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率
c．甲、乙容器中，CO的平衡濃度之比為3：2
d．增加Fe₂O₃的量可以提高CO的轉(zhuǎn)化率
（4）采取一定措施可防止鋼鐵腐蝕．利用如圖裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護(hù)，其中Y為NaCl
①X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開關(guān)K應(yīng)置N處（填字母）．
②若X為鋅，開關(guān)K置于M處，鐵極發(fā)生的電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
（5）高鐵電池是一種新型可充電電捧，與普通高能電池相比，該電池能長時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓，高鐵電池的總反應(yīng)為：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，下列敘述正確的是AB（填字母）．
A．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為：Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂
B．充電時(shí)陽極反應(yīng)為：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-═FeO${\;}_{4}^{2-}$+4H₂O
C．放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1molK₂FeO₄被氧化
D．放電時(shí)正極附近溶液的堿性減弱．

Answer 1

分析 （1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨，s）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨，s）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②×3可得：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），則△H=△H₁-3△H₂；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
由（1）中可知正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減��；
（3）①令平衡時(shí)參加反應(yīng)的CO為xmol，表示出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，根據(jù)平衡常數(shù)列方程計(jì)算x，轉(zhuǎn)化率=$\frac{物質(zhì)的量變化量}{起始物質(zhì)的量}$×100%；
②a．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體密度發(fā)生變化，若容器內(nèi)氣體密度恒定時(shí)，標(biāo)志反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
b．甲、乙為等效平衡，平衡時(shí)CO的含量相等，結(jié)合①中計(jì)算數(shù)據(jù)可知乙中平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算轉(zhuǎn)化率判斷；
c．甲、乙為等效平衡，平衡時(shí)CO的含量相等，CO的含量=$\frac{CO平衡濃度}{混合氣體總濃度}$；
d．固體量增加不影響化學(xué)平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉(zhuǎn)化率；
（4）①若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，應(yīng)外界電流的陰極保護(hù)，使Fe連接電源的負(fù)極；
②若X為鋅，開關(guān)K置于M處，構(gòu)成原電池，Zn為負(fù)極被腐蝕，F(xiàn)e為正極，正極上是氧氣獲得電子生成氫氧根離子；
（5）A．放電時(shí)，Zn被氧化生成Zn（OH）₂；
B．充電過程為電解池，F(xiàn)e（OH）₃失去電子生成K₂FeO₄；
C．放電時(shí)，F(xiàn)e化合價(jià)由+6價(jià)降低為+3價(jià)，則K₂FeO₄被還原；
D．放電時(shí)正極附近產(chǎn)生氫氧根離子．

解答 解：（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
依據(jù)蓋斯定律，①-②×3得Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），故△H=489.0kJmol^-1-3×172.5kJmol^-1=-28.5kJmol^-1，
故答案為：-28.5；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減�。�
故答案為：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；減��；
（3）①在T℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，甲容器內(nèi)濃度商Qc=1，小于平衡常數(shù)，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，設(shè)消耗一氧化碳物質(zhì)的量為x，則：
   Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：1                 1
變化量（mol）：x                 x
平衡量（mol）：1-x               1+x
反應(yīng)前后氣體體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故 $\frac{（1+x）^{3}}{（1-x）^{3}}$=64，解得x=0.6，
故CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%，
故答案為：60%；
②a．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體密度發(fā)生變化，若容器內(nèi)氣體密度恒定時(shí)，標(biāo)志反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．甲、乙為等效平衡，平衡時(shí)CO的含量相等，結(jié)合①中計(jì)算數(shù)據(jù)可知乙中平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量3mol×$\frac{0.4}{2}$=0.6mol，故乙中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{2mol-0.6mol}{2mol}$=70%，故甲中CO轉(zhuǎn)化率小于乙中CO轉(zhuǎn)化率，故b正確；
c．甲、乙為等效平衡，平衡時(shí)CO的含量相等，由于CO的含量=$\frac{CO平衡濃度}{混合氣體總濃度}$，則平衡時(shí)甲、乙中CO的平衡濃度之比為2mo/L：3mol/L=2：3，故c錯(cuò)誤；
d．Fe₂O₃為固體量，增加其用量，不影響化學(xué)平衡移動(dòng)，不能提高CO的轉(zhuǎn)化率，故d錯(cuò)誤，
故選：ab；
（4）①若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，應(yīng)外界電流的陰極保護(hù)，使Fe連接電源的負(fù)極，開關(guān)K應(yīng)置 N處，
故答案為：N；
②若X為鋅，開關(guān)K置于M處，構(gòu)成原電池，Zn為負(fù)極被腐蝕，F(xiàn)e為正極，正極上是氧氣獲得電子生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（5）A．放電時(shí)，Zn被氧化生成Zn（OH）₂，電極反應(yīng)式為：Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，故A正確；
B．充電過程為電解池，F(xiàn)e（OH）₃失去電子生成K₂FeO₄，電極反應(yīng)式為：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，故B正確；
C．放電時(shí)，F(xiàn)e化合價(jià)由+6價(jià)降低為+3價(jià)，則放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1molK₂FeO₄被還原，故C錯(cuò)誤；
D．放電時(shí)正極附近產(chǎn)生氫氧根離子，溶液的堿性增強(qiáng)，故D錯(cuò)誤，
故選：AB．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、平衡常數(shù)、反應(yīng)熱計(jì)算、電化學(xué)等，（3）中②為易錯(cuò)點(diǎn)，容易根據(jù)等效平衡認(rèn)為轉(zhuǎn)化率相等，難度中等．