金屬鐵用途廣泛,高爐煉鐵的總反應(yīng)為:Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g),請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)一定溫度下,在體積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng),可以判斷該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是     。

A.密閉容器中總壓強(qiáng)不變
B.密閉容器中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變
C.密閉容器中混合氣體的密度不變
D.c(CO)= c(CO2
E.Fe2O3的質(zhì)量不再變化
(2)一定溫度下,上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為3.0,該溫度下將4molCO、2molFe2O3、6molCO2、5molFe加入容積為2L的密閉容器中,此時(shí)反應(yīng)將向      反應(yīng)方向進(jìn)行(填“正”或“逆”或“處于平衡狀態(tài)”);反應(yīng)達(dá)平衡后,若升高溫度,CO與CO2的體積比增大,則正反應(yīng)為      反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”) 。
(3)已知:3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g) △H="–47" kJ/mol
Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)   △H=" +19" kJ/mol
FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)      △H="–11" kJ/mol
則Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)的△H=            
(4)上述總反應(yīng)在高爐中大致分為三個(gè)階段,各階段主要成分與溫度的關(guān)系如下表:
溫度
 250℃ ~  600℃ ~  1000℃ ~  2000℃
主要成分
      Fe2O3        Fe3O4          FeO            Fe
 
800℃時(shí)固體物質(zhì)的主要成分為         ,該溫度下若測(cè)得固體混合物中m(Fe)︰m(O)=105︰32,則Fe3O4被CO還原為FeO的百分率為            (設(shè)其它固體雜質(zhì)中不含F(xiàn)e、O元素)。

(16分)
(1)BCE(3分) (2)逆(3分)  放熱(2分)  (3)–25 kJ/mol (3分)  
(4)Fe3O4  FeO(2分)   80% (3分)

解析試題分析:(1)由高爐煉鐵總反應(yīng)可知,該反應(yīng)是氣體體積或物質(zhì)的量不變的反應(yīng),則恒溫恒容下氣體的壓強(qiáng)始終保持不變,所以總壓強(qiáng)不變不能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡,故A錯(cuò)誤;由于容器內(nèi)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量等于總質(zhì)量與總物質(zhì)的量之比,雖然物質(zhì)的量保持不變,但是混合氣體的質(zhì)量逐漸增大,因?yàn)檠趸F變?yōu)閱钨|(zhì)鐵導(dǎo)致固體的質(zhì)量減少,所以混合氣體的平均摩爾質(zhì)量逐漸增大,當(dāng)它保持不變時(shí),說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)平衡,故B正確;由于容器中混合氣體的密度等于總質(zhì)量與容積之比,雖然容積保持不變,但是混合氣體的總質(zhì)量逐漸增大,則混合氣體的密度逐漸增大,當(dāng)它不變時(shí),說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)平衡,故C正確;平衡時(shí)各組分的濃度都保持不變,但是平衡濃度之比不一定等于化學(xué)方程式中系數(shù)之比,故D錯(cuò)誤;氧化鐵是反應(yīng)物或原料,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,氧化鐵被消耗,其質(zhì)量逐漸減小,當(dāng)它的質(zhì)量不再變化,說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)平衡,故E正確;(2)溫度不變,該反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)[K=c3(CO2)/c3(CO)]不變;起始時(shí)c3(CO2)/c3(CO)=(6/2) 3/(4/2) 3=27/8>K=3.0,則此時(shí)反應(yīng)必須向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,使生成物濃度減小、反應(yīng)物濃度增大,c3(CO2)/c3(CO)的比值才能減小為3.0,才能達(dá)到該溫度下的化學(xué)平衡;由于化學(xué)平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為c(E)/[c2(A)·c(B)];升高溫度,CO與CO2的體積比增大,后者說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),前者導(dǎo)致平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng),即逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng),則正反應(yīng)是放熱反應(yīng);(3)先將四個(gè)熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為①②③④,觀(guān)察已知焓變和未知焓變的熱化學(xué)方程式可得:(①+②×2+③×6)/3=④,根據(jù)蓋斯定律可知,④的焓變=[(–47)+(+19)×2+(–11)×6] kJ/mol /3=–25 kJ/mol;(4)依題意可知,800℃時(shí)固體物質(zhì)的主要成分為Fe3O4、FeO;設(shè)固體混合物含有xmolFe3O4、ymolFeO,則n(Fe)=(3x+y)mol、n(O)=(4x+y)mol,m(Fe)=56×(3x+y)g、m(O)=16×(4x+y)g,m(Fe)/ m(O)="[" 56×(3x+y)]/[ 16×(4x+y)]=105/32,(4x+y)/ (3x+y)=112/105,x/(3x+y)=1/15,則y=15x;由于Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g),根據(jù)系數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比可知,被CO還原為ymolFeO的Fe3O4為y/3mol或4xmol,則總的Fe3O4為(x+y/3)mol或5xmol,被還原的Fe3O4與總的Fe3O4之比為(y/3)/ (x+y/3)=(4x)/(x+4x)=4/5,4/5×100%=80%,則Fe3O4被CO還原為FeO的百分率為80%。
考點(diǎn):考查化學(xué)反應(yīng)原理,涉及化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、可逆反應(yīng)進(jìn)行的方向、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響、放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)的推斷、蓋斯定律的應(yīng)用、溫度對(duì)反應(yīng)進(jìn)程的影響、混合物的計(jì)算等。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:填空題

CO2和CH4是兩種重要的溫室氣體,通過(guò)CH4和CO2反應(yīng)制造更高價(jià)值化學(xué)品是目前的研究目標(biāo)。
(1)250℃時(shí),以鎳合金為催化劑,向4 L容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4,發(fā)生如下反應(yīng):CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)。平衡體系中各組分體積分?jǐn)?shù)如下表:

物質(zhì)
 
CH4
 
CO2
 
CO
 
H2
 
體積分?jǐn)?shù)
 
0.1
 
0.1
 
0.4
 
0.4
 
 
①此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=     。
②已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H="-890.3" kJ·mol-1
CO(g)+H2O (g)=CO2(g)+H2 (g) △H="2.8" kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H="-566.0" kJ·mol-1
反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) 的△H=     
(2)以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑,可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。
①在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示。250~300℃時(shí),溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是   。

②為了提高該反應(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率,可以采取的措施是   
③將Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的離子方程式為     。
(3)以CO2為原料可以合成多種物質(zhì)。
①聚碳酸酯是一種易降解的新型合成材料,它是由加聚而成。寫(xiě)出聚碳酸酯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:   。
②以氫氧化鉀水溶液作電解質(zhì)進(jìn)行電解,CO2在銅電極上可轉(zhuǎn)化為甲烷,該電極反應(yīng)方程式為     。

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:問(wèn)答題

SO2、NO、NO2、CO都是污染大氣的有害氣體,對(duì)其進(jìn)行回收利用是節(jié)能減排的重要課題。
(1)上述四種氣體中直接排入空氣時(shí)會(huì)引起酸雨的有__________(填化學(xué)式)。
(2)已知:2SO2(g)+ O2(g)=2SO3(g);△H=-196.6kJ/mol
O2(g)+2NO(g)=2NO2(g);△H=-113.0kJ/mol
①反應(yīng):NO2(g) +SO2(g)= SO3(g) +NO(g)的△H=_ kJ/mol。
②一定條件下,將NO2和SO2以體積比1:1置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生反應(yīng): NO2(g) +SO2(g)SO3(g) +NO(g),
下列不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____(填字母)。
a.體系壓強(qiáng)保持不變
b.混合氣體的顏色保持不變
c.NO的物質(zhì)的量保持不變
d.每生成1molSO3的同時(shí)消耗1molNO2
(3)CO可用于合成甲醇,其反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。在一容積可變的密閉容器中充有10molCO和20mol H2,在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇。CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)、壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示。

①上述合成甲醇的反應(yīng)為_(kāi)_____(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。
②A(yíng)、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系為_(kāi)__________。
③若達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí),容器的體積為10L,則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積為_(kāi)____L。
(4)某研究小組設(shè)計(jì)了如圖所示的甲醇燃料電池裝置。

①該電池工作時(shí),OH-向______(填“a”或“b”)極移動(dòng)。
②電池工作一段時(shí)間后,測(cè)得溶液的pH減小,則該電池總反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_________________。

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

為減小CO2對(duì)環(huán)境的影響,在限制其排放量的同時(shí),應(yīng)加強(qiáng)對(duì)CO2創(chuàng)新利用的研究。
(1)①把含有較高濃度CO2的空氣通入飽和K2CO3溶液。②在①的吸收液中通高溫水蒸氣得到高濃度的CO2氣體。寫(xiě)出②中反應(yīng)的化學(xué)方程式__________________________。
(2)如將CO2與H2以1:3的體積比混合。
①適當(dāng)條件下合成某烴和水,該烴是      (填序號(hào))。

A.烷烴 B.烯烴 C.炔烴 D.苯的同系物
②適當(dāng)條件下合成燃料甲醇和水。在體積為2L的密閉容器中,充入 2 mol CO2和6 mol H2,一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.0 kJ/mol。測(cè)得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖所示。

從反應(yīng)開(kāi)始到平衡,v(H2)=     ;氫氣的轉(zhuǎn)化率=      ;能使平衡體系中n(CH3OH)增大的措施有__________________________________________________。
(3)如將CO2與H2以1:4的體積比混合,在適當(dāng)?shù)臈l件下可制得CH4。已知:
CH4 (g) +2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)  △H1="―890.3" kJ/mol
H2(g) + 1/2O2(g)=H2O(l)   △H2=-285.8 kJ/mol
則CO2(g)與H2(g)反應(yīng)生成CH4(g)與液態(tài)水的熱化學(xué)方程式是____________________。
(4)某同學(xué)用沉淀法測(cè)定含有較高濃度CO2的空氣中CO2的含量,經(jīng)查得一些物質(zhì)在20℃的數(shù)據(jù)如下表。
溶解度(S)/g
溶度積(Ksp
Ca(OH)2
Ba(OH)2
CaCO3
BaCO3
0.16
3.89
2.9×10-9
2.6×10-9
 
(說(shuō)明:Ksp越小,表示該物質(zhì)在水溶液中越易沉淀)
吸收CO2最合適的試劑是         (填“Ca(OH)2”或“Ba(OH)2”)溶液,實(shí)驗(yàn)時(shí)除需要測(cè)定工業(yè)廢氣的體積(折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況)外,還需要測(cè)定                       。

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

合成氨然后再生產(chǎn)尿素是最重要的化工生產(chǎn)。
I.在3個(gè)2 L的密閉容器中,在相同的溫度下、使用相同的催化劑分別進(jìn)行反應(yīng):
3H2(g) + N2(g)2NH3(g),按不同方式投入反應(yīng)物,保持恒溫、恒容,測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)如下:

 

 
容器




反應(yīng)物投入量
3 mol H2、2 mol N2
6 mol H2、4mol N2
2 mol NH3
達(dá)到平衡的時(shí)間/min
 
5
8
平衡時(shí)N2的濃度/mol·L-1
c1
1.5
 
NH3的體積分?jǐn)?shù)
ω1
 
ω3
混合氣體密度/g·L1
ρ1
ρ2
 
 
(1)容器乙中反應(yīng)從開(kāi)始到達(dá)平衡的反應(yīng)速率為v(H2)=___________。
(2)在該溫度下甲容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=                            (用含c1的代數(shù)式表示)。
(3)分析上表數(shù)據(jù),下列關(guān)系正確的是________(填序號(hào)):
a.2c1 > 1.5         b.2ρ1 = ρ2       c.ω3 = ω1 
II.工業(yè)上用氨氣合成尿素(H2NCONH2)的反應(yīng)在進(jìn)行時(shí)分為如下兩步:
第一步:2NH3(l)+CO2(g) H2NCOONH4 (l)  (氨基甲酸銨)  △H1
第二步:H2NCOONH4(l)H2O(l)+H2NCONH2(l)              △H2   
(4)某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件,在一體積為0.5 L密閉容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳,實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中各組分隨時(shí)間的變化如左下圖I所示:

①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定,則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第    步反應(yīng)決定。
②第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度T的變化如右上圖II所示,則△H2            0;③若第一步反應(yīng)升溫時(shí)氨氣濃度增大,請(qǐng)?jiān)趫DII中畫(huà)出第一步反應(yīng)K1隨溫度T變化曲線(xiàn),并作出必要的標(biāo)注。
(5)氨和尿素溶液都可以吸收硝工業(yè)尾氣中的NO、NO2,將其轉(zhuǎn)化為N2
①尿素與NO、NO2三者等物質(zhì)的量反應(yīng)為:CO(NH2)2+NO+NO2 =CO2+2N2+2H2O
該反應(yīng)中的氧化劑為                   (寫(xiě)化學(xué)式)。
②已知:N2(g)+O2(g)= 2NO(g)   △H ="a" kJ·mol1
N2(g)+3H2(g)= 2NH3(g) △H2="bkJ·" kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)= 2H2O(g) △H=" c" kJ·mol-1
則4NH3(g) +4NO(g) +O2(g)= 4N2(g)+6H2O(g) △H=             。
③尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如下圖所示。其工作時(shí)負(fù)極電極反應(yīng)式可表示為                      。

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

除去雜質(zhì)后的水煤氣主要含H2、CO,是理想的合成甲醇的原料氣。
(1)生產(chǎn)水煤氣過(guò)程中有以下反應(yīng):①C(s)+CO2(g)2CO(g)  △H1;
②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)  △H2;③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)  △H3;
上述反應(yīng)△H3與△H1、△H2之間的關(guān)系為                       。
(2)將CH4轉(zhuǎn)化成CO,工業(yè)上常采用催化轉(zhuǎn)化技術(shù),其反應(yīng)原理為:2CH4(g)+3O2(g)4CO(g)+4H2O(g)   △H=-1038kJ/mol。工業(yè)上要選擇合適的催化劑,分別對(duì)X、Y、Z三種催化劑進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)(其他條件相同):
①X在750℃時(shí)催化效率最高,能使正反應(yīng)速率加快約3×105倍;
②Y在600℃時(shí)催化效率最高,能使正反應(yīng)速率加快約3×105倍;
③Z在440℃時(shí)催化效率最高,能使逆反應(yīng)速率加快約1×106倍;
根據(jù)上述信息,你認(rèn)為在生產(chǎn)中應(yīng)該選擇的適宜催化劑是      (填“X”或“Y”或“Z”),選擇的理由是                                                      
(3)請(qǐng)?jiān)诖痤}卡中,畫(huà)出(2)中反應(yīng)在有催化劑與無(wú)催化劑兩種情況下反應(yīng)過(guò)程中體系能量變化示意圖,并進(jìn)行必要標(biāo)注。
(4)合成氣合成甲醇的主要反應(yīng)是:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H=-90.8kJ·mol-1,T℃下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160。
此溫度下,在密閉容器中開(kāi)始只加入CO、H2,反應(yīng)10min后測(cè)得各組分的濃度如下:

物質(zhì)
H2
CO
CH3OH
濃度/(mol·L-1
0.20
0.10
0.40
 
①該時(shí)間段內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)=                       。
②比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大。簐(正)      v (逆)(填“>”、“<”或“=”)
(5)生產(chǎn)過(guò)程中,合成氣要進(jìn)行循環(huán),其目的是                                 。

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

50mL0.50mol· L-1鹽酸與50mL0.55mol·L-1NaOH溶液在如圖所示的裝置中進(jìn)行中和反應(yīng)。通過(guò)測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中所放出的熱量可計(jì)算中和熱;卮鹣铝袉(wèn)題:

(1)從實(shí)驗(yàn)裝置上看,圖中尚缺少的一種玻璃儀器有________。
(2)燒杯間填滿(mǎn)碎紙條的作用是____________________。
(3)大燒杯上如不蓋硬紙板,求得的中和熱數(shù)值________(填“偏大”“偏小”“無(wú)影響”)
(4)實(shí)驗(yàn)中改用60mL 0.50mol·L-1鹽酸跟50mL0.55mol·L-1NaOH溶液進(jìn)行反應(yīng),與上述實(shí)驗(yàn)相比,所放出的熱量________(填“相等”“不相等”),所求中和熱________(填“相等”“不相等”),簡(jiǎn)述理由_____________________________________。
(5)用相同濃度和體積的氨水代替NaOH溶液進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn),測(cè)得的中和熱的數(shù)值會(huì)____________;用50mL 0.50mol·L-1NaOH溶液進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn),測(cè)得的中和熱的數(shù)值會(huì)________。(均填“偏大”“偏小”“無(wú)影響”)

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:單選題

恒溫恒容的容器內(nèi),不可作為可逆反應(yīng)I2(g)+H2(g)2HI(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志的是

A.1 mol H—H鍵斷裂,同時(shí)有2 mol H—I鍵斷裂B.容器內(nèi)氣體的總壓強(qiáng)不再變化
C.H2的物質(zhì)的量濃度不再變化D.混合氣體的顏色不再變化

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:單選題

體積恒定的密閉容器中,反應(yīng)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)  △H <0達(dá)平衡后,采用下列措施一段時(shí)間后,既能增大逆反應(yīng)速率又能使平衡向正方向移動(dòng)的是

A.通入大量O2B.增大容器容積C.移去部分SO3D.降低體系溫度

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