Question

【题目】(1)铁及其化合物在生产生活中应用最广泛，炼铁技术和含铁新材料的应用倍受关注。利用铁的氧化物循环裂解水制氢气的过程如下图所示。整个过程与温度密切相关，当温度低于570℃时，反应Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g)，阻碍循环反应的进行。

已知：i. Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g);△H1=+19.3 kJ·mol－1

ii. 3FeO(s)+H2O(g) Fe3O4(s)+H2(g);△H2=－57.2 kJ·mol－1

iii. C(s)+CO2(g)2CO(g);△H3=+172.4 k]·mol－1

铁氧化物循环裂解水制氢气总反应的热化学方程式是___________。

(2)T1℃时，向某恒温密闭容器中加入一定量的Fe2O3和炭粉，发生反应Fe2O3(s)+3C(s)2Fe(s)+3CO(g)，反应达到平衡后，在t1时刻，改变某条件，V(逆)随时间(t)的变化关系如图所示，则t1时刻改变的条件可能是___________(填写字母)。

a.保持温度不变，压缩容器 b.保持体积不变，升高温度

c.保持体积不变，加少量碳粉 d.保持体积不变，增大CO浓度

(3)在一定温度下，向某体积可变的恒压密闭容器(p总)加入1molCO2与足量的碳，发生反应，平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示

①650℃时，该反应达平衡后吸收的热量是___________。

②T℃时，若向平衡体系中再充入一定量按V(CO2)︰V(CO)=5︰4的混合气体，平衡___________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。

③925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp为___________。[气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数，记作Kp]

(4)用原电池原理可以除去酸性废水中的三氯乙烯、AsO3－，其原理如下图所示(导电壳内部为纳米零价铁)

在除污过程中，纳米零价铁中的Fe为原电池的___________极(填“正”或“负”)，写出C2HCl3在其表面转化为乙烷的电极反应式为___________。

(5)已知25℃时，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10－38，此温度下若在实验室中配制100mL5mol·L－1FeCl3溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加入2mol·L－1的盐酸_________mL(忽略加入盐酸体积)。

Answer 1

【答案】C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)ΔH=+134.5 kJ·mol-1 ad 43kJ 正向 23.04P总 负 C2HCl3 +5H++8e-=C2H6 +3C1- 2.5

【解析】

(1)根据盖斯定律对热化学方程式运算。

(2)由图像可知，t1时改变条件使逆反应速率突然增大，达到新平衡时反应速率跟原速率相等，根据这一特点并结合平衡常数只与温度有关等知识分析。

(3)密闭容器中建立的平衡为C(s)+CO2(g)2CO(g)。①运用“三段式”分析计算参加反应的CO2的物质的量，再结合热化学方程式的意义计算吸收的热量；②根据V(CO2)︰V(CO)=5︰4>1:1分析解答；③根据平衡常数表达式并结合气体分压定义分析。

(4)由图可知纳米零价铁中Fe失去电子，根据原电池原理分析。

(5)配制过程中出现浑浊现象是因为生成了难溶于水的Fe(OH)3，根据溶解平衡知识只要c(Fe3+)·c3(OH-)< Ksp[Fe(OH)3]，就不会有沉淀生成，据此分析计算。

(1)根据盖斯定律，将i+ii+iii得：C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g);ΔH=+134.5 kJ·mol-1。

(2)密闭容器中建立的平衡为Fe2O3(s)+3C(s)2Fe(s)+3CO(g)，由图像可知，t1时改变条件使逆反应速率突然增大，达到新平衡时反应速率跟原速率相等。a.t1时保持温度不变，压缩容器使气体压强增大，逆反应速率突然增大，由于温度不变，所以平衡常数K=c3(CO)不变，所以达到新平衡时c(CO)不变，逆反应速率不变，符合图像，a项正确；b.t1时保持体积不变，升高温度使逆反应速率突然增大，但达到新平衡时温度比原来高，所以达到新平衡时逆反应速率比原来大，不符合图像，b项错误；c.t1时保持体积不变，加少量碳粉，固体物质的浓度视为常数，所以t1时逆反应速率不会发生突变，不符图像，c项错误；d.t1时保持体积不变，增大CO浓度，使逆反应速率突然增大，因温度不变，达到新平衡时平衡常数K=c3(CO)不变，即c(CO)浓度不变，所以达到新平衡时逆反应速率不变，符合图像，d项正确；答案选ad。

(3) ①由图像可知，6500C时反应达到平衡后CO的体积分数为40%，设达到平衡时转化的CO2的物质的量为x。应用“三段式”分析得：

CO的体积分数=×100%=40%，解得x=0.25mol，由C(s)+CO2(g)2CO(g); △H3=+172.4 k]·mol－1可知，该反应达到平衡后吸收的热量是：0.25mol×172kJ/mol=43kJ。

②由图像知T0C时CO2和CO的体积分数相等，即V(CO2):V(CO)=1:1，T℃时，向平衡体系中再充入一定量按V(CO2):V(CO)=5:4的混合气体，因V(CO2):V(CO)=5:4>1:1，（相当于增大CO2浓度）所以平衡向正反应方向移动。

③925℃时，CO的体积分数为96%，则CO2的体积分数为4%，所以用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp==23.04P总。

(4)由图可知纳米零价铁中Fe失去电子转化为Fe2+，由原电池原理知，纳米零价铁中的Fe作原电池的负极。因根据碳元素化合价知，C2HCl3在其表面被还原为乙烷，根据电荷守恒和原子守恒，该电极反应式为：C2HCl3 +5H++8e-=C2H6 +3C1-。

(5)Fe(OH)3难溶于水，在溶液中存在溶解平衡：Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq)。为使配制过程中不出现浑浊现象，则c(Fe3+)·c3(OH-)< Ksp[Fe(OH)3]，即c(OH-)<==2×10-13mol/L，则c(H+)=>=0.05mol/L。设加入盐酸体积为x（忽略溶液体积的变化），加入盐酸后溶液中c(H+)==0.05mol/L，解得x=0.0025L（2.5mL），即至少需要加入2.5mL盐酸。