Question

我國是個鋼鐵大國,鋼鐵產量為世界第一,高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法。
I.已知反應 Fe₂O₃(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO₂(g) ΔH＝-23.5 kJ·mol^-1，該反應在
1000℃的平衡常數等于4。在一個容積為10L的密閉容器中,1000℃時加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1. 0mol,反應經過l0min后達到平衡。
（1）CO的平衡轉化率=____________
（2）欲提高CO的平衡轉化率,促進Fe₂O₃的轉化,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
Ⅱ.高爐煉鐵產生的廢氣中的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）若在溫度和容器相同的三個密閉容器中,按不同方式投入反應物,測得反應達到平衡吋的有關數據如下表：

容器	反應物投入的量	反應物的 轉化率	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

 
則下列關系正確的是________
A．c₁=c₂     B．2Q₁=Q₃   C．2α₁=α₃      D．α₁+α₂ =1
E．該反應若生成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。回答下列問題：

（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100mL 1mol/L的硫酸銅溶液，當兩極收集到的氣體體積相等時，理論上消耗的甲烷的體積為            （標況下）。

Answer 1

I．（1）60％（2分）          （2）d（2分）
Ⅱ．（1）0.15mol/(L·min) （2分）（單位出錯給1分）    
（2） A  D  E (3分，有錯選不得分)
Ⅲ．（1）  CH₄ + 4O^2— —8e^—= CO₂+ 2H₂O；（2分） 
（2）    1.12 L（2分）      

解析試題分析：I.（1）令平衡時CO的物質的量變化為nmol，則：
Fe₂O₃(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO₂(g)
開始（mol）：1                 1
變化（mol）：n                 n
平衡（mol）：1-n               n+1
所以n+1/(1-n)=4，解得n=0.6，則CO的平衡轉化率為0.6mol/1mol×100%=60%，故答案為：60%； (2)a．該反應正反應是放熱反應，提高反應溫度，平衡向逆反應移動，CO的平衡轉化率降低，故a錯誤；b．反應前后氣體的物質的量不變，減小容器的容積，增大壓強平衡不移動，CO的平衡轉化率不變，故b錯誤；c．加入合適的催化劑，平衡不移動，故c錯誤；d．移出部分CO2，平衡向正反應移動，CO的平衡轉化率增大，故d正確；e．粉碎礦石，使其與平衡混合氣體充分接觸，平衡不移動，故e錯誤；故選d； III（1）達到平衡時生成甲醇為：0.75mol/L，則消耗的c（H₂）=2×0.75mol/L=1.5mol/L，v（H₂）=△c/△t=1.5mol/L/10min=0.15mol/（L min）（2）A、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，所以平衡時甲醇的濃度c1=c2，故A正確；B、甲、丙相比較，丙中反應物的物質的量為甲的2倍，壓強增大，對于反應CO（g）+2H2（g） CH3OH（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故2Q1＜Q3，故B錯誤；C、甲、丙相比較，丙中反應物的物質的量為甲的2倍，壓強增大，對于反應CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故a1＜a3 ，故C錯誤；D、甲、乙處于相同的平衡狀態，而且反應方向相反，則α1+α2="1" ,故D正確；E、甲、乙處于相同的平衡狀態，而且反應方向相反，兩個方向轉化的和恰好為1mol，所以該反應若生成1mol CH3OH，則放出（Q1+Q2）kJ熱量，故E正確；故答案為：ADE；Ⅲ．（1）通入燃料甲烷的電極是負極，通入氧氣的電極是正極。負極發生的電極式為CH₄ + 4O^2——8e^—= CO₂+ 2H₂O。（2）電解硫酸銅溶液時陽極的電極反應式4OH^— —4e^—= O₂↑+ 2H₂O，陰極的反應式是： Cu²⁺+2e-=Cu；2H⁺+e-=H₂↑。N(Cu)=0.1mol.若兩極收集到的氣體體積相等，設其物質的量為X。則4X=0.1×2+2X。解得X=0.1.在整個反應過程轉移電子相等。電子的物質的量為0.4mol.由于每摩爾甲烷失去電子8摩爾，所以需要甲烷的物質的量為0.05摩爾。V（CH₄）=0.05摩爾×22.4升/摩爾=1.12 升 。實際上消耗的甲烷體積比理論上大，可能原因是甲烷不完全被氧化，生成C或CO 或 電池能量轉化率達不到100%。
考點：本題綜合考查了化學平衡、電化學等知識，題目側重于等效平衡的計算，為該題的難點，也是易錯點，注意理解等效平衡問題。