Question

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.已知反应Fe₂O₃(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO₂(g) ΔH＝－23.5kJ·mol^－1，该反应在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，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

Ⅱ.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:

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

(4)已知氢气的燃烧热286kJ/mol，请写出甲醇气体不充分燃烧的热化学方程式____________________________________________________________________。

(5)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)
甲	1mol CO和2mol H2	α1	c1	放出Q1kJ热量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ热量
丙	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.2α₁=α₃

D.α₁+α₂ =1

E.该反应若生成1mol CH₃OH，则放出(Q₁+Q₂)kJ热量

Ⅲ.以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题：

(6) B极上的电极反应式为                    。

(7)若用该燃料电池做电源，用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗的甲烷的体积为      (标况下)。

Answer 1

【答案】I.(1)60％

(2)d

Ⅱ.(3)0.15mol/(L·min)

(4)CH₃OH(g)+O₂(g)2H₂O(l)+CO(g)  △H=－481kJ/mol

(5) ADE

Ⅲ.(6) CH₄ + 4O^2－－8e^－ CO₂+ 2H₂O；

(7) 1.12 L

【解析】本题考查了化学平衡移动原理、电解池、原电池原理及计算、盖斯定律等知识。

I.(1)设平衡时CO的物质的量变化为nmol，则：

则K==4，解得n=0.6，则CO的平衡转化率为×100%=60%。 (2)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。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。加入合适的催化剂，平衡不移动，故c错。移出部分CO₂，平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率增大，故d正确。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。

Ⅱ.(3)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)==0.15mol/(L min)。(4)由图二可得CO(g)+ 2H₂(g) CH₃OH(g) △H=－91 kJ/mol①，氢气燃烧的热化学方程式为2H₂(g)+O₂(g)2H₂O(l) △H=－572kJ/mol②，根据盖斯定律②－①可得甲醇气体不充分燃烧的热化学方程式为CH₃OH(g)+O₂(g)2H₂O(l)+CO(g)  △H=－481kJ/mol。(5)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。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。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。甲、乙处于相同的平衡状态，而且反应方向相反，则α₁+α₂=1 ，故D正确。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。Ⅲ.(6)通入燃料甲烷的电极是负极，通入氧气的电极是正极。负极发生的电极式为CH₄ + 4O^2－－8e^－ CO₂+ 2H₂O。

(7)电解硫酸铜溶液时阳极的电极反应式为4OH^－－4e^－O₂↑+ 2H₂O，阴极的反应式为Cu²⁺+2e^－Cu；2H⁺+2e^－H₂↑。n(Cu)=0.1mol，若两极收集到的气体体积相等，设其物质的量为n。

根据两极转移的电子数相同，则4n=0.1×2+2n。解得n=0.1，共转移的电子的物质的量为0.4mol，由于在整个反应过程转移电子相等，故甲烷放电时转移的电子的物质的量也为0.4mol。

V(CH₄)==1.12L