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我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法.
Ⅰ.已知:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566kJ/mol
2Fe(s)+
3
2
O2(g)=Fe2O3(s)△H=-825.5kJ/mol
反应:Fe2O3(s)+3CO(g)?2Fe(s)+3CO2(g)△H=
 
kJ/mol.
Ⅱ.反应 
1
3
Fe2O3(s)+CO(g)?
2
3
Fe(s)+CO2(g)在1000℃的平衡常数等于4.0.在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol,反应经过10min后达到平衡.
(1)CO的平衡转化率=
 

(2)欲提高CO的平衡转化率,促进Fe2O3的转化,可采取的措施是
 

a.提高反应温度              b.增大反应体系的压强
c.选取合适的催化剂          d.及时吸收或移出部分CO2
e.粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触
Ⅲ.(1)高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收,使其在一定条件下和H2反应制备甲醇:
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g).请根据图示回答下列问题:
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(1)从反应开始到平衡,用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=
 

(2)若在温度和容器相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表:
容器 反应物投入的量 反应物的转化率 CH3OH的浓度 能量变化
(Q1,Q2,Q3均大于0)
1mol CO和2mol H2 a1 c1 放出Q1kJ热量
1mol CH3OH a2 c2 吸收Q2kJ热量
2mol CO和4mol H2 a3 c3 放出Q3kJ热量
则下列关系正确的是
 

A c1=c2 B.2Q1=Q3 C.2a1=a3 D.a1+a2=1
E.该反应若生成1mol CH3OH,则放出(Q1+Q2)kJ热量
(3)若在一体积可变的密闭容器中充入1 molCO、2mol H2和1mol CH3OH,达到平衡吋测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍,则该反应向
 
(填“正”、“逆”)反应方向移动.
(4)甲醇可与氧气构成燃料电池,该电池用多孔的惰性电极浸入浓氢氧化钾溶液,写出该电池的负极反应式
 
分析:I.依据热化学方程式和盖斯定律计算得到需要的热化学方程式;
II.(1)令平衡时CO的物质的量变化为nmol,利用三段式表示出平衡时CO、CO2的物质的量,化学计量数都是1,利用物质的量代替浓度代入平衡常数计算n的值,进而计算CO的浓度变化量,再利用转化率定义计算CO的转化率;
(2)提高CO的平衡转化率,应使平衡向正反应移动,但不能增大CO的用量,结合选项根据平衡移动原理分析;
III(1)根据图象中生成甲醇的量求出消耗的氢气的量,再求出氢气的反应速率;
(2)甲容器反应物投入1molCO 2molH2与乙容器反应物投入1mol CH3OH在保持恒温、恒容情况下是等效平衡,平衡时CH3OH的浓度c1=c2、α12=1、Q1+Q2能量总变化相当于1molCO.2molH2完全转化成1mol CH3OH的能量,即吸放热Q1+Q2数值上就等于90.8kJ;甲容器反应物投入量1molCO、2molH2与丙容器反应物投入量2molCO、4molH2,若恒温且丙容器容积是甲容器2倍,则甲容器与丙容器也是等效平衡,然而现在是温度、容积相同的3个密闭容器,可以当成是在恒温且容积是甲容器两倍条件下,体积受到了压缩,原反应正向气体体积减少,由平衡移动原理,则相较于甲容器(或假设状况)而言,丙容器平衡向正向移动,也就是说,丙容器的转化率比甲容器还要大一些.因此2c1<c3、α2<α3
(3)平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍,则总物质的量变为原先的
5
8
倍,据此判断反应的方向;
(4)负极上的电极反应式等于电池的总反应式-正极发生的电极方程式;
解答:解:I.①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566kJ/mol
②2Fe(s)+
3
2
O2(g)=Fe2O3(s)△H=-825.5kJ/mol
由盖斯定律①×
3
2
-②得到Fe2O3(s)+3CO(g)?2Fe(s)+3CO2(g)
则△H=-566×
3
2
+825.5=-23.5kJ/mol,
故答案为:-23.5;
II (1)令平衡时CO的物质的量变化为nmol,则:
            
1
3
Fe2O3(s)+CO(g)?
2
3
Fe(s)+CO2(g)
开始(mol):1                 1
变化(mol):n                 n
平衡(mol):1-n                n+1
所以
n+1
1-n
=4,解得n=0.6,则CO的平衡转化率为
0.6mol
1mol
×100%=60%,故答案为:60%;
(2)a.该反应正反应是放热反应,提高反应温度,平衡向逆反应移动,CO的平衡转化率降低,故a错误;
b.反应前后气体的物质的量不变,减小容器的容积,增大压强平衡不移动,CO的平衡转化率不变,故b错误;
c.加入合适的催化剂,平衡不移动,故c错误;
d.移出部分CO2,平衡向正反应移动,CO的平衡转化率增大,故d正确;
e.粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触,平衡不移动,故e错误;
故选d;
III(1)达到平衡时生成甲醇为:0.75mol/L,则消耗的c(H2)=2×0.75mol/L=1.5mol/L,v(H2)=
△c
△t
=
1.5mol/L
10min
=0.15mol/(L?min)
(2)A、甲、乙相比较,把乙等效为开始加入1mol CO和2mol H2,和甲是等效的,甲乙是等效平衡,所以平衡时甲醇的浓度c1=c2,故A正确;
B、甲、丙相比较,丙中反应物的物质的量为甲的2倍,压强增大,对于反应CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),平衡向生成甲醇的方向移动,故2Q1<Q3,故B错误;
C、甲、丙相比较,丙中反应物的物质的量为甲的2倍,压强增大,对于反应CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),平衡向生成甲醇的方向移动,故a1<a3 ,故C错误;
D、甲、乙处于相同的平衡状态,而且反应方向相反,则α12=1,故D正确;
E、甲、乙处于相同的平衡状态,而且反应方向相反,两个方向转化的和恰好为1mol,所以该反应若生成1mol CH3OH,则放出(Q1+Q2)kJ热量,故E正确;
故答案为:ADE;
(3)反应前后气体总质量不变,同温、同压下,达到平衡时,气体密度增大,即气体体积缩小;平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍,则总物质的量变为原先的
5
8
倍,总物质的量=4×
5
8
=2.5mol,反应前后减少了1.5mol,即化学反应向着正反应方向进行,故答案为:正;
(4)以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极可构成燃料电池,正极反应为:3O2+12H2O+12e-=12OH-,总反应式为:2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O,两式相减,负极反应为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,
故答案为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O.
点评:本题综合考查了盖斯定律的应用、化学平衡、电化学等知识,题目侧重于等效平衡的计算,为该题的难点,也是易错点,注意理解等效平衡问题.
练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:

我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法.高炉内可能发生如下反应:
C(s)+O2(g)═CO2(g),△H1=-393.5kJ?mol-1                   ①
C(s)+CO2(g)═2CO(g),△H2=+172.5kJ?mol-1                  ②
4CO(g)+Fe3O4(s)═4CO2(g)+3Fe(s),△H3=-13.7kJ?mol-1       ③
请回答下列问题:
(1)计算3Fe(s)+2O2(g)═Fe3O4(s)的△H=
 

(2)800℃时,C(s)+CO2(g)?2CO(g)的平衡常数K=1.64,相同条件下测得高炉内c(CO)=0.20mol?L-1、c(CO2)=0.05mol?L-1,此时反应向
 
(填“正”或“逆”)方向进行.
(3)某种矿石中铁元素以氧化物FemOn形式存在,现进行如下实验:将少量铁矿石样品粉碎,称取25.0g样品于烧杯中,加入稀硫酸充分溶解,并不断加热、搅拌,滤去不溶物.向所得滤液中加入10.0g铜粉充分反应后过滤、洗涤、干燥得剩余固体3.6g.剩下滤液用浓度为2mol?L-1的酸性KMnO4滴定,至终点时消耗KMnO4溶液体积25.0mL.
提示:2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+      8H++MnO4-+5Fe2+═Mn2++5Fe3++4H2O
①计算该铁矿石中铁元素的质量分数.
②计算氧化物FemOn的化学式(m、n为正整数).

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科目:高中化学 来源:2012-2013学年吉林省吉林一中高一11月月考化学试卷(带解析) 题型:计算题

我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法。某种矿石中铁元素以氧化物FemOn的形式存在,现进行如下实验:将少量铁矿石样品粉碎,称取25.0g样品于烧杯中,加入稀硫酸充分溶解,并不断加热、搅拌,滤去不溶物。向所得滤液中加入10.0g铜粉充分反应后过滤、洗涤、干燥得剩余固体3.6g。剩下滤液用浓度为2mol·L-1的酸性KMnO4滴定,至终点时消耗KMnO4溶液体积25.0mL。
提示:2Fe3++Cu === 2Fe2++Cu2+   8H++MnO4-+5Fe2+ === Mn2++5Fe3++4H2O
(1)计算该铁矿石中铁元素的质量分数。
(2)计算氧化物FemOn的化学式(mn为正整数)。

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科目:高中化学 来源:2013-2014学年河北石家庄市高考猜题化学试卷(解析版) 题型:填空题

我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法.

I. 已知:2CO(g)+ O2(g)=2CO2(g),ΔH=-566 kJ·mol-1

2Fe(s)+ O2(g)=Fe2O3(s),ΔH=-825.5 kJ·mol-1

反应:Fe2O3(s)+ 3CO(g)  2Fe(s)+ 3CO2(g),ΔH=______ kJ·mol-1.

Ⅱ. 反应 Fe2O3(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO2(g)在1000℃的平衡常数等于4.在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol,反应经过l0min后达到平衡.

(1)CO的平衡转化率=____________.

(2)欲提高CO的平衡转化率,促进Fe2O3的转化,可采取的措施是________.

a.提高反应温度

b.增大反应体系的压强

c.选取合适的催化剂

d.及时吸收或移出部分CO2

e.粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触

Ⅲ.高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收,使其在一定条件下和H2反应制备甲醇:

CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g).请根据图示回答下列问题:

(1)从反应开始到平衡,用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=________.

(2)若在温度和容器相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表:

容器

反应物投入的量

反应物的

转化率

CH3OH的浓度

能量变化

(Q1、Q2、Q3均大于0)

1mol CO和2mol H2

α1

c1

放出Q1kJ热量

1mol CH3OH

α2

c2

吸收Q2kJ热量

2mol CO和4mol H2

α3

c3

放出Q3kJ热量

 

则下列关系正确的是________.

A.c1=c2

B.2Q1=Q3

C.2a1=a3

D.a1 +a2 =1

E.该反应若生成1mol CH3OH,则放出(Q1+Q2)kJ热量

(3)若在一体积可变的密闭容器中充入l molCO、2molH2和1molCH3OH,达到平衡吋测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍,则该反应向________(填“正”、“逆”)反应方向移动.

(4)甲醇可与氧气构成燃料电池,该电池用多孔的惰性电极浸入浓氢氧化钾溶液,写出该电池的负极反应式______________________.

 

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科目:高中化学 来源:2012年苏教版高中化学选修2 5.4 化学农药的发展练习卷(解析版) 题型:填空题

我国是个农业大国,农业是立国之本,“农村、农业、农民”是党中央新时期农村工作的重心,化肥与农药的发展起着巨大的推动作用,请回答下列问题:

(1)农作物生长过程中不可缺少的微量元素有Fe、Mn、B、Cu、Mo等,它们或是酶的组成成分,或能提高酶的活性,是农作物体内营养物质的形成和新陈代谢不可缺少的。常用铜肥是胆矾,在盐碱地(土壤pH>7)施用胆矾时宜将溶液________(填“喷在叶片上”或“随水灌入土壤中”),主要理由是_______________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)农药波尔多液是一种常用的杀菌剂,常用配方为胆矾、生石灰、水,按质量比1∶0.56∶100混合,分析其防治病虫害的原因________________________________________。

(3)拟除虫菊酯是一种高效、低毒,对昆虫有强烈触杀作用的杀虫剂,其中对光稳定的溴氰菊酯的结构简式如图:

其分子式为________________________,则下列对该化合物的叙述正确的是________(填字母代号)。

A.该化合物属于芳香烃

B.该化合物属于卤代烃

C.该化合物在碱性条件下失去药效

D.该化合物在一定条件下可发生加成反应

 

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