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＝－23.5kJ·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，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(qǐng)根據(jù)圖示回答下列問題:

(3)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)=________。

(4)已知?dú)錃獾娜紵裏?86kJ/mol，請(qǐng)寫出甲醇?xì)怏w不充分燃燒的熱化學(xué)方程式____________________________________________________________________。

(5)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}：

(6) B極上的電極反應(yīng)式為                    。

(7)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

【答案】I.(1)60％

(2)d

Ⅱ.(3)0.15mol/(L·min)

(4)CH₃OH(g)+O₂(g)2H₂O(l)+CO(g)  △H=－481kJ/mol

(5) ADE

Ⅲ.(6) CH₄ + 4O^2－－8e^－ CO₂+ 2H₂O；

(7) 1.12 L

【解析】本題考查了化學(xué)平衡移動(dòng)原理、電解池、原電池原理及計(jì)算、蓋斯定律等知識(shí)。

I.(1)設(shè)平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量變化為nmol，則：

則K==4，解得n=0.6，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%=60%。 (2)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)。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)。加入合適的催化劑，平衡不移動(dòng)，故c錯(cuò)。移出部分CO₂，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故d正確。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)。

Ⅱ.(3)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)==0.15mol/(L min)。(4)由圖二可得CO(g)+ 2H₂(g) CH₃OH(g) △H=－91 kJ/mol①，氫氣燃燒的熱化學(xué)方程式為2H₂(g)+O₂(g)2H₂O(l) △H=－572kJ/mol②，根據(jù)蓋斯定律②－①可得甲醇?xì)怏w不充分燃燒的熱化學(xué)方程式為CH₃OH(g)+O₂(g)2H₂O(l)+CO(g)  △H=－481kJ/mol。(5)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。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(duì)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)。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(duì)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)。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。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。Ⅲ.(6)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。

(7)電解硫酸銅溶液時(shí)陽極的電極反應(yīng)式為4OH^－－4e^－O₂↑+ 2H₂O，陰極的反應(yīng)式為Cu²⁺+2e^－Cu；2H⁺+2e^－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n。

根據(jù)兩極轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相同，則4n=0.1×2+2n。解得n=0.1，共轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.4mol，由于在整個(gè)反應(yīng)過程轉(zhuǎn)移電子相等，故甲烷放電時(shí)轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量也為0.4mol。

V(CH₄)==1.12L