Question

9．鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)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(yīng)^：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-23.5kJ/molKJ•mol^-1
Ⅱ．反應(yīng)$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）═$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）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(guò)l0min后達(dá)到平衡CO的平衡轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率，促進(jìn)Fe₂O₃的轉(zhuǎn)化，可采取的措施是d．
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
Ⅲ．高爐煉鐵產(chǎn)生的廢氣中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(qǐng)根據(jù)圖示回答下列問(wèn)題：
（4）圖中兩條曲線分別表示壓強(qiáng)為0.1MPa和5.0MPa下CO轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化，其中代表壓強(qiáng)為5.0MPa的曲線是A（填“A”或“B”）
（5）該反應(yīng)在進(jìn)行的過(guò)程中，v_正（H₂）＞v_逆（CO）+v_正（CH₂OH）（填“＞”“＜”或“=”）
（6）在不改變反應(yīng)混合物用量的前提下，為了加快反應(yīng)速率且提高CO的轉(zhuǎn)化率，可采取的最佳措施是其他條件不變，增大壓強(qiáng)．
（7）甲醇可與氯氣構(gòu)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(xiě)出該電池的負(fù)極反應(yīng)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(lái)計(jì)算反應(yīng)的焓變；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，根據(jù)三行式計(jì)算；
（3）提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但不能增大CO的用量，結(jié)合選項(xiàng)根據(jù)平衡移動(dòng)原理分析；
（4）比較壓強(qiáng)，統(tǒng)一溫度，在相同溫度200℃時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率比B的高，說(shuō)明壓強(qiáng)改變，平衡正向移動(dòng)；
（5）反應(yīng)速率之比等于各物質(zhì)計(jì)量數(shù)之比；
（6）不改變反應(yīng)混合物用量的前提下，用溫度、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡產(chǎn)生影響；
（7）燃料電池的負(fù)極通入燃料，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

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(yīng)：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g），該反應(yīng)的△H=（-283kJ/mol）×3-（-825.5KJ•mol^-1）=-23.5kJ/mol，
故答案為：-23.5kJ/mol；
（2）反應(yīng)$\frac{1}{3}$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(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、增加壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故b錯(cuò)誤；
c、選取合適的催化劑，不影響平衡移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故c錯(cuò)誤；
d、及時(shí)吸收或移出部分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；
故選d．
（4）比較壓強(qiáng)，統(tǒng)一溫度，在相同溫度200℃時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率比B的高，說(shuō)明壓強(qiáng)改變，平衡正向移動(dòng)，對(duì)于CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），是氣體體積縮小的反應(yīng)，則壓強(qiáng)的改變只能是增大壓強(qiáng)，所以A點(diǎn)的壓強(qiáng)大，為5.0MPa，
故答案為：A；
（5）反應(yīng)速率之比等于各物質(zhì)計(jì)量數(shù)之比，達(dá)平衡時(shí)，v_逆（CO）=v_正（CH₃OH）=$\frac{1}{2}$v_正（H₂），即v_正（H₂）=v_逆（CO）+v_正（CH₃OH），在達(dá)平衡之前，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，即v_正（CH₃OH）＞v_逆（CO），故達(dá)平衡前v_正（H₂）＞v_逆（CO）+v_正（CH₃OH），
故答案為：＞；
（6）不改變反應(yīng)混合物用量的前提下，用溫度、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡產(chǎn)生影響，從圖中可知，升溫CO的轉(zhuǎn)化率降低，降溫速率會(huì)減慢，所以選擇增大壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率且平衡正向移動(dòng)，提高CO的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：其他條件不變，增大壓強(qiáng)；
（7）燃料電池的負(fù)極通入燃料，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)焓變計(jì)算、平衡常數(shù)、電化學(xué)等有關(guān)知識(shí)，難度中等．