Question

高炉炼铁是冶炼铁的主要方法，发生的主要反应为：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H
（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0KJ?mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5KJ?mol^-1
则△H=

 

KJ?mol^-1．
（2）高炉炼铁反应的平衡常数表达式K=

 

，温度升高后，K值

 

（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（3）在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示加入物质，反应经过一段时间后达到平衡．

	Fe2O3	CO	Fe	CO2
甲/mol	1.0	1.0	1.0	1.0
乙/mol	1.0	2.0	1.0	1.0

①甲容器中CO的平衡转化率为

 

．
②下列说法正确的是

 

（填字母）．
A．当容器内气体密度恒定，表明反应达到平衡状态
B．甲容器中CO的平衡时的速率小于乙容器中CO平衡时的速率
C．甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比为3：2
D．增加Fe₂O₃的量可以提高CO的转化率
（4）汽车尾气是城市空气污染的一个重要因素，一种CO分析仪的传感器可测定汽车尾气是否符合排放标准，该分析仪的工作原理类似燃料电池，其中电解质是氧化钇（Y₂O₃）的氧化锆（Z_rO₂）晶体，在高温熔融状态下能传导O^2-（过程中无气体产生），则负极的反应式为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池,化学平衡常数的含义

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据盖斯定律构造目标热化学方程式计算反应热；
（2）平衡常数等于生成物的浓度系数次幂之积除以反应物浓度系数次幂之积；根据温度对平衡移动的影响判断温度对平衡常数的影响；
（3）①浓度商Qc=1，小于平衡常数，反应向正反应进行，令平衡时参加反应的CO为xmol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，根据平衡常数列方程计算，在结合转化率定义计算；
 ②A．反应前后气体质量变化，体积不变，若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态；
B．乙相当于在甲平衡的基础上加入1molCO，反应速率加快；
C．乙容器内浓度商Qc=0.125，小于平衡常数，反应向正反应进行，令平衡时乙中参加反应的CO为ymol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，根据平衡常数列方程计算，结合①中的计算判断；
D．固体量增加不影响化学平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的转化率；
（4）CO发生氧化反应与O^2-结合生成CO₃^2-．

解答： 解：（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
依据盖斯定律，①-②×3得Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），故△H=489.0kJmol^-1-3×172.5kJmol^-1=-28.5kJmol^-1，
故答案为：-28.5；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）的平衡常数K=

c3(CO2)

c3(CO)

；该反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小；
故答案为：

c3(CO2)

c3(CO)

；减小；
（3）①在T℃时，该反应的平衡常数K=64，甲容器内浓度商Qc=1，小于平衡常数，反应向正反应进行，设消耗一氧化碳物质的量为x，则：
             Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：1                  1
变化量（mol）：x                  x
平衡量（mol）：1-x                1+x
反应前后气体体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，故

(1+x)3

(1-x)3

=64，解得x=0.6，
故CO的转化率=

0.6mol

1mol

×100%=60%
故答案为：60%；            
 ②A．反应前后气体质量变化，体积不变，若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态，故A正确；
B．乙相当于在甲平衡的基础上加入1molCO，反应速率加快，故乙容器中CO平衡时的速率更高，故B正确；
C．乙容器内浓度商Qc=0.125，小于平衡常数，反应向正反应进行，令平衡时乙中参加反应的CO为ymol，则：
            Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：2                 1
变化量（mol）：y                 y
平衡量（mol）：2-y               1+y
反应前后气体体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，故

(1+y)3

(2-y)3

=64，解得y=1.4，故平衡时乙容器内CO为2mol-1.4mol=0.6mol，由①中的计算可知平衡时，甲中CO为1mol-0.6mol=0.4mol，故甲、乙容器中CO的平衡浓度之比为0.4mol：0.6mol=2：3，故C错误；
D．Fe₂O₃为固体量，增加其用量，不影响化学平衡移动，不能提高CO的转化率，故D错误，
故答案为：AB；
（4）负极CO发生氧化反应与O^2-结合生成CO₃^2-，负极电极反应式为：CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-，
故答案为：CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-．

点评：题目综合性较大，涉及反应热计算、平衡常数计算及应用、化学平衡计算、原电池原理等，难度中等，注意掌握平衡常数的应用与三段式解题法．