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）△H＝－566kJ/mol

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

則反應：Fe2O3（s）＋3CO（g）2Fe（s）＋3CO2（g） △H＝ kJ/mol。

II．反應1/3Fe2O3（s）＋CO（g）2/3Fe（s）＋CO2（g）在1000℃的平衡常數(shù)等于4.0。在一個容積為10L的密閉容器中，1000℃時加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol，反應經(jīng)過l0min后達到平衡。

（1）CO的平衡轉(zhuǎn)化率= _____________。

（2）欲提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率，促進Fe2O3的轉(zhuǎn)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

III．高爐煉鐵產(chǎn)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(jù)圖示回答下列問題：

（1）從反應開始到平衡，用H2濃度變化表示平均反應速率v(H2)=____________。

（2）若在一體積可變的密閉容器中充入l molCO、2molH2和1molCH3OH，達到平衡吋測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍，則該反應向____________(填“正”、“逆”)反應方向移動。

（3）以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統(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}：

1）B極上的電極反應式為 。

2）若用該燃料電池做電源，用石墨做電極電解硫酸銅溶液，當陽極收集到11.2L（標準狀況）氣體時，消耗甲烷的體積為 L（標準狀況下）。

Answer 1

【答案】I．（1）-23.5 60%（2）d

II．（1）0.15mol/（L.min）（2）正（3）CH4-8e-+402-=CO2+2H2O 5.6

【解析】

試題分析：I．已知：①2CO（g）＋O2（g）＝2CO2（g）△H＝－566kJ/mol

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

則根據(jù)蓋斯定律可知①×3/2－②即可得到反應：

Fe2O3（s）＋3CO（g）2Fe（s）＋3CO2（g）的反應熱△H＝-23.5kJ/mol。

II．（1）設CO的轉(zhuǎn)化濃度為x，則

Fe2O3（s）+ CO（g） Fe（s）+ CO2（g）

初始濃度（molL1） 0.1 0.1

轉(zhuǎn)化濃度（molL1） x x

平衡濃度（molL1） 0.1—x 0.1+x

根據(jù)平衡常數(shù)可得：（0.1+x）/（0.1—x）＝4，解得x＝0．06molL1，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化率不變，e錯誤，答案選d。

III．（1）根據(jù)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(jù)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1.5mol/L÷10min＝0.15mol/（Lmin）。

（2）反應前l(fā) molCO、2molH2和1molCH3OH的平均摩爾質(zhì)量為（1mol×28g/mol＋2mol×2g/mol＋1mol×32g/mol）÷4mol＝16g/mol，達到平衡吋測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1．6倍，則平衡時平均摩爾質(zhì)量為29g/mol×1.6＝46.4g/mol，說明反應向平均摩爾質(zhì)量增大的方向即正反應方向移動。

（3）B電極通入甲烷轉(zhuǎn)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；

（4）惰性電極電解硫酸銅溶液陽極氫氧根放電，當陽極收集到11.2L（標準狀況）氣體，即0.5mol氧氣時轉(zhuǎn)移0.5mol×4＝2mol電子。1分子甲烷失去8個電子，則根據(jù)得失守恒可知消耗甲烷是2mol÷8＝0.25mol，在標準狀況下的體積為0.25mol×22.4L/mol＝5.6L。