Question

【題目】我國(guó)是個(gè)鋼鐵大國(guó)，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.已知反應(yīng)Fe2O3(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)△H=-23.5kJmol-1，該反應(yīng)在1000℃的平衡常數(shù)等于4。在一個(gè)容積為10L的密閉容器中，1000℃時(shí)加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol，應(yīng)經(jīng)過(guò)l0min后達(dá)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(jìn)Fe2O3的轉(zhuǎn)化，可采取的措施是__；

a.提高反應(yīng)溫度

b.增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng)

c.選取合適的催化劑

d.及時(shí)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(chǎn)生的廢氣中的CO可進(jìn)行回收，使其在一定條件下和H2反應(yīng)制備甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。請(qǐng)根據(jù)圖示回答下列問(wèn)題：

(3)從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，用H2濃度變化表示平均反應(yīng)速率v(H2)=___；

(4)已知?dú)錃獾娜紵裏?/span>286kJ/mol，請(qǐng)寫(xiě)出甲醇?xì)怏w不充分燃燒的熱化學(xué)方程式___；

(5)若在溫度和容器相同的三個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡吋的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

容器	反應(yīng)物投入的量	反應(yīng)物的 轉(zhuǎn)化率	CH3OH 的濃度	能量變化(Q1、Q2、Q3均大于0)
甲	1molCO和2molH2	α1	c1	放出Q1kJ熱量
乙	1molCH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ熱量
丙	2molCO和4molH2	α3	c3	放出Q3kJ熱量

則下列關(guān)系正確的是___。

A.c1=c2 B.2Q1=Q3 C.2α1=α3 D.α/span>1+α2=1

E.該反應(yīng)若生成1molCH3OH，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(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(lèi)固體氧化物燃料電池工作原理示意圖。回答下列問(wèn)題：

(6)B極上的電極反應(yīng)式為___；

(7)若用該燃料電池做電源，用石墨做電極電解100mL1mol/L的硫酸銅溶液，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時(shí)，理論上消耗的甲烷的體積為__(標(biāo)況下)。

Answer 1

【答案】60% d 0.15mol/(Lmin) CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g) △H=-481kJ/mol ADE CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 1.12L

【解析】

I．(1)設(shè)消耗CO的物質(zhì)的量是xmol，根據(jù)三段式，根據(jù)平衡常數(shù)的計(jì)算公式列方程，求出x；最后根據(jù)轉(zhuǎn)化率的公式進(jìn)行計(jì)算；

(2)結(jié)合反應(yīng)的特點(diǎn)，根據(jù)影響平衡移動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行分析；

Ⅱ．(3)根據(jù)圖像可知反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)達(dá)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，據(jù)此可以計(jì)算出所氫氣的反應(yīng)速率；

(4) 根據(jù)氫氣的燃燒熱286kJ/mol，可得氫氣燃燒的熱化學(xué)方程式；由圖可得出CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H，然后結(jié)合目標(biāo)方程式，根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；

(5)結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)，根據(jù)等效平衡規(guī)律進(jìn)行分析；

Ⅲ．(6)B電極通入甲烷轉(zhuǎn)化為CO2，這說(shuō)明甲烷被氧化發(fā)生氧化反應(yīng)，則B電極是負(fù)極，導(dǎo)電離子為O2﹣，據(jù)此寫(xiě)出電極反應(yīng)式。

I．(1)設(shè)消耗CO的物質(zhì)的量是xmol，則生成CO2的物質(zhì)的量也是xmol，因此平衡時(shí)CO和CO2的物質(zhì)的量分別是1—x和1＋x。則 根據(jù)平衡常數(shù)可知 ，解得x＝0.6，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率60%。

故答案為：60%；

(2)a．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率降低，a錯(cuò)誤；

b．反應(yīng)前后體積不變，增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率不變，b錯(cuò)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(cuò)誤；

d．及時(shí)吸收或移出部分CO2，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，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(yīng)速率，但不能影響平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)化率不變，e錯(cuò)誤，答案選d。

故答案為：d；

Ⅱ．(3)根據(jù)圖像可知反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)達(dá)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(yīng)速率為＝0.15mol/(Lmin)；

故答案為：0.15mol/(Lmin)；

(4) 已知?dú)錃獾娜紵裏?/span>286kJ/mol，可得氫氣燃燒的熱化學(xué)方程式為：①；由圖可知CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的反應(yīng)熱，可得②，根據(jù)蓋斯定律可知：CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g) 可由2①-②得到，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=，該反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g) △H=-481kJ/mol，

故答案為：CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g) △H=-481kJ/mol；

(5)A．溫度和容器容積相等，則根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知甲和乙的平衡是等效的，則c1＝c2，A正確；

B．丙相當(dāng)于在甲的基礎(chǔ)上再加入1molCO和2mol氫氣，壓強(qiáng)增大平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，所以2Q1＜Q3，B錯(cuò)誤；

C．根據(jù)B中分析可知2α1不一定等于α3，C錯(cuò)誤；

D．甲、乙平衡等效，則α1+α2＝1，D正確，

E．由以上分析甲、乙平衡等效，則平衡時(shí)甲生成的甲醇與乙中消耗的甲醇物質(zhì)的量之和恰好為1mol，則該反應(yīng)若生成1molCH3OH，則放出(Q1+Q2)kJ熱量

故答案為：ADE；

Ⅲ．(6)B電極通入甲烷轉(zhuǎn)化為CO2，這說(shuō)明甲烷被氧化發(fā)生氧化反應(yīng)，則B電極是負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH4+4O2﹣﹣8e﹣=CO2+2H2O；

故答案為：CH4+4O2﹣﹣8e﹣=CO2+2H2O；

(7)硫酸銅的物質(zhì)的量是0.1mol，惰性電極電解時(shí)陽(yáng)極是氫氧根放電產(chǎn)生氧氣。陰極是銅離子放電析出銅。當(dāng)銅離子完全放電后氫離子放電產(chǎn)生氫氣。當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時(shí)，這說(shuō)明陰極有氫氣產(chǎn)生。設(shè)二者的物質(zhì)的量均是xmol，則根據(jù)電子得失守恒可知0.1×2＋2x＝4x，解得x＝0.1，即陽(yáng)極產(chǎn)生0.1mol氧氣，轉(zhuǎn)移0.4mol電子，所以根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知理論上消耗的甲烷的物質(zhì)的量設(shè)0.4mol÷8＝0.05mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1.12L。

故答案為：1.12L；