Question

（2012?洛陽二模）鋼鐵生產(chǎn)中的尾氣易造成環(huán)境污染，淸潔生產(chǎn)工藝可消減污染源并充分利用資源．已知：
①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-25kJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47kJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H=+19kJ/mol
（1）試計算反應(yīng)：FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）△H=

-11kJ/mol

．
（2）已知1092℃時（1）中反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.35，在1L的密閉容器中，投入7.2gFeO和0.1mol CO加熱到1092℃并保持該溫度，反應(yīng)在t₁時達(dá)平衡．
①t₁時反應(yīng)達(dá)平衡后，CO氣體的體積分?jǐn)?shù)為

74%

．

②該反應(yīng)的正反應(yīng)速率隨時間變化情況如圖甲所示，在t₁時改變了某種條件，反應(yīng)在t₂時達(dá)平衡，改變的條件可能是

a

a．升高溫度     b．增大CO的濃度
c．使用催化劑   d．增大壓強
③如果在t₃時再增加CO₂的量，t₄時反應(yīng)又處于新平衡狀態(tài)，請在甲圖上畫出t₃～t₅時間段的v（正）變化曲線

．
（3）煉鋼尾氣凈化后，可直接作熔融碳酸鹽燃料電池（工作原理如圖乙）的燃料．則負(fù)極的電扱反應(yīng)為

CO+CO₃^2--2e^-═2CO₂

．
（4）轉(zhuǎn)爐煉鋼，尾氣中CO體積分?jǐn)?shù)達(dá)58%-70%，某鋼廠先用NaOH吸收CO生成甲酸鈉，再吸收SO₂生成保險粉（Na₂S₂O₄），試寫出甲酸鈉和氫氧化鈉混合溶液與SO₂生成保險粉同時生成二氧化碳的離子方程式

HCOO^-+OH^-+2O₂═S₂O₄^2-+H₂O+CO₂

．
（5）目前我國大多數(shù)企業(yè)是將CO與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)換為H₂，然后用H₂與N₂反應(yīng)合成氨，若收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下3360m³尾氣，其中CO體積分?jǐn)?shù)為60%，由于循環(huán)操作，假定各步轉(zhuǎn)化率均為100%，理論上可獲得NH₃

1.02

t．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）平衡常數(shù)為0.35，①依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算；
②圖象分析開始正反應(yīng)速率減小，反應(yīng)正向進行，t₁時刻改變條件正反應(yīng)速率突然增大且正反應(yīng)速率增大的變化趨勢，反應(yīng)是氣體體積不變的放熱反應(yīng)，選項中的催化劑和壓強改變不會發(fā)生平衡移動，一氧化碳量的增大會瞬間提高正反應(yīng)速率，但隨反應(yīng)進行呈現(xiàn)減小趨勢，溫度升高平衡逆向進行，正反應(yīng)速率增大最后達(dá)到平衡；
③根據(jù)增加CO₂的量，正反應(yīng)速率突然增大，逆反應(yīng)速率瞬間不變；
（3）在燃料電池中，燃料做負(fù)極，氧氣作正極；電解質(zhì)中的陰離子移向負(fù)極；
（4）甲酸鈉和氫氧化鈉混合溶液與SO₂生成保險粉同時生成二氧化碳，依據(jù)反應(yīng)物和生成物結(jié)合原子守恒、電荷守恒配平寫出；
（5）依據(jù)轉(zhuǎn)化率100%，尾氣中一氧化碳生成氫氣，氫氣合成氨的定量關(guān)系計算得到；

解答：解：（1）①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-25kJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47kJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H=+19kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律①×3-（③×2+②）得到：6FeO（s）+6CO（g）?6Fe（s）+6CO₂（g）△H=-66kJ/mol；
得到FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）△H=-11kJ/mol；
故答案為：-11kJ/mol；
（2）①已知1092℃時（1）中反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.35，在1L的密閉容器中，投入7.2gFeO和0.1mol CO加熱到1092℃并保持該溫度，反應(yīng)在t₁時達(dá)平衡，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算設(shè)反應(yīng)消耗的一氧化碳物質(zhì)的量X：
              FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），
起始量（mol）           1               0
變化量（mol）           X               X
平衡量（mol）          1-X              X
K=

c(CO2)

c(CO)

=

x

1-x

=0.35
X=0.26
CO氣體的體積分?jǐn)?shù)=

1-0.26

1

×100%=74%；
故答案為：74%；
②圖象分析開始正反應(yīng)速率減小，反應(yīng)正向進行，t₁時刻改變條件正反應(yīng)速率突然增大且正反應(yīng)速率增大的變化趨勢，反應(yīng)是氣體體積不變的放熱反應(yīng)，選項中的催化劑和壓強改變不會發(fā)生平衡移動，一氧化碳量的增大會瞬間提高正反應(yīng)速率，但隨反應(yīng)進行呈現(xiàn)減小趨勢，溫度升高平衡逆向進行，正反應(yīng)速率增大最后達(dá)到平衡；
故選：a；
③因增加CO₂的量，正反應(yīng)速率突然增大，逆反應(yīng)速率瞬間不變，隨著反應(yīng)的進行，生成物的濃度增大，逆反應(yīng)速率增大，最后不變，如圖所示：，
故答案為：；
（3）在燃料電池中，燃料做負(fù)極，氧氣作正極，所以若以一氧化碳為燃料，根據(jù)：“熔融碳酸鹽燃料電池是以熔融的碳酸鹽為電解質(zhì)的燃料電池”可以知道一氧化碳燃燒生成二氧化碳，正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)，負(fù)極是一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：CO+CO₃^2--2e^-═2CO₂；
故答案為：CO+CO₃^2--2e^-═2CO₂；
（4）甲酸鈉和氫氧化鈉混合溶液與SO₂生成保險粉Na₂S₂O₄同時生成二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式：HCOO^-+OH^-+2SO₂═S₂O₄^2-+H₂O+CO₂
故答案為：HCOO^-+OH^-+2SO₂═S₂O₄^2-+H₂O+CO₂；
（5）將CO與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)換為H₂，然后用H₂與N₂反應(yīng)合成氨，若收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下3 360m³尾氣，其中CO體積分?jǐn)?shù)為60%，由于循環(huán)操作，假定各步轉(zhuǎn)化率均為100%，
CO+H₂O═CO₂+H₂，N₂+3H₂═2NH₃，得到定量關(guān)系為3CO--2NH₃，依據(jù)物質(zhì)的量計算得到氨氣物質(zhì)的量來計算質(zhì)量，設(shè)生成氨氣物質(zhì)的量為x；
   3CO------------------2NH₃，
   3                     2

3360×1000×60%

22.4

        x
 x=60000mol，
氨氣質(zhì)量=60000mol×17g/mol=1020000g=1.02t
故答案為：1.02t；

點評：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算應(yīng)用，化學(xué)平衡的影響因素分析和計算，原電池原理的分析判斷，注意題干信息的應(yīng)用理解，題目難度中等．