Question

【題目】鋼鐵工業是國民經濟的重要基礎產業，目前比較先進的天然氣豎爐冶鐵工藝流程如下圖所示：

（1）催化反應室發生的反應為：

ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H=+206kJ/mol

ⅱ.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H=+247kJ/mol。

① 催化反應室可能發生的副反應有CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)，則該反應的△H=____。

② 催化反應室的溫度通常需維持在550～750℃之間，從化學反應速率角度考慮，其主要目的是________。

③ 在催化反應室中，若兩反應達到平衡時，容器中n(CH4)=0.2mol,n(CO)=0.3mol，n(H2)=0.5mol，則通入催化反應室CH4的起始物質的量為______mol（不考慮副反應）。

（2）還原反應室發生的反應為：

ⅰ.Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) △H=-25kJ/mol

ⅱ.Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g) △H=+98kJ/mol

① 下列措施中能使反應i平衡時增大的是______（填字母）。

A．增大壓強 B．降低溫度 C．充入一定量氮氣 D．增加Fe2O3(s)用量

E．增大CO的濃度 F．加入合適的催化劑

②若在1000℃下進行反應1(該溫度下化學反應平衡常數為64), CO起始濃度為量2mol/L(Fe2O3過量)，則CO的轉化率為_______。

③天然氣豎爐冶鐵相對于傳統焦炭冶鐵，該冶鐵工藝的優點是_________。

（3）鐵鈦合金是一種常用的不銹鋼材料，某同學在探究該合金的性質時，往含有TiO2+、Fe3+溶液中加入鐵屑至溶液顯紫色，該過程發生的反應有：①2Fe3++Fe=3Fe2+

②Ti3+(紫色)+Fe3++H2O=TiO2+(無色)+Fe2++2H+

③________________。

Answer 1

【答案】 +165kJ/mol 一定溫度范圍內，催化劑的活性越大，維持反應速率較快(合理即給分) 0.4mol B 80% 生成的部分CO2及水蒸氣可循環利用；該工藝中較大比例的H2作還原劑，可減少CO2的排放(只要答一點即可) 2TiO2++Fe+4H+=2Ti3++Fe2++2H2O

【解析】（1）①考查熱化學反應方程式的計算，利用蓋斯定律進行判斷，即有i×2－ii，得出△H=(206×2－247)kJ·mol－1=＋165kJ·mol－1；②考查催化劑的催化效率，在一定溫度范圍內催化劑的活性最大，化學反應速率加快；③本題考查化學平衡的計算，CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

變化量：x x x 3x

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

變化量：y y 2y 2y

則有：x＋2y=0.3，3x＋2y=0.5，解得x=y=0.1mol，則起始時通入甲烷的量(0.1＋0.1＋0.2)mol=0.4mol；（2）①考查影響化學平衡移動的因素，A、增大壓強，平衡不移動，比值不變，故A錯誤；B、正反應是放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動，即c(CO2)增大，c(CO)減小，因此比值增大，故B正確；C、因為反應前后氣體系數之和相同，通入非反應氣體，化學平衡不移動，即比值不變，故C錯誤；D、氧化鐵是固體，濃度視為常數，增加氧化鐵的量，平衡不移動，即比值不變，故D錯誤；E、根據化學平衡常數K=c3(CO2)/c3(CO)，溫度不變化學平衡常數不變，即通入CO2，比值不變，故E錯誤；F、使用催化劑，對化學平衡移動沒有影響，即比值不變，故F錯誤；②考查化學平衡的計算，令達到平衡時，CO的濃度為amol·L－1，根據平衡常數的表達式，K=(2－a)3/a3=64，解得a=0.4mol·L－1，則消耗CO的物質的量濃度為(2－0.4)mol·L－1=1.6mol·L－1，其轉化率為1.6/2×100%=80%；③考查流程的優點，生成的部分CO2及水蒸氣可循環利用；該工藝中較大比例的H2作還原劑，可減少CO2的排放；（3）③加入鐵屑至溶液出現紫色，說明溶液中Ti元素以Ti3＋形式的存在，假如鐵屑，把TiO2＋中Ti還原成Ti3＋，根據信息①，鐵元素以Fe2＋形式存在，因為溶液顯酸性，因此離子反應方程式為2TiO2＋+Fe+4H＋=2Ti3＋+Fe2＋+2H2O。