Question

16．Ⅰ．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：Fe₂O₃（s）+3C（石墨，s）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁
C（石墨，s）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂
则△H=△H₁-3△H₂（用含△H₁、△H₂代数式表示）
（2）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	1.5	1.0	1.0

①甲容器中CO的平衡转化率为60%．
②下列说法正确的是B（填字母）．
A．若容器压强恒定，反应达到平衡状态
B．若容器内气体密度恒定，反应达到平衡状态
C．甲容器中CO的平衡转化率大于乙的
D．增加Fe₂O₃就能提高CO的转化率
II．利用空气催化氧化法制取联氨，其有关物质的转化如图1所示（R₁、R₂代表烃基）．
①在图1示的转化中，化合价不变的一种元素是氢或H．
②反应中当有1mol NH₃转化为N₂H₄时，保持溶液中酮的物质的量不变，需要消耗O₂的物质的量为0.25mol．
③在温度一定和不补加溶液的条件下，缓慢通入NH₃、O₂混合气体，并充分搅拌．欲使生成的N₂H₄中不含NH₃，可采取的措施有增大混合气体中氧气的含量．
  　　    
Ⅲ．采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu-Mn的合金），利用CO和H₂制备二甲醚（DME）．观察如图2回答问题：催化剂中$\frac{n（Mn）}{n（Cu）}$约为2.0时最有利于二甲醚的合成．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律计算反应的焓变：
①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s+3CO（g）△H₁
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂
①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）；
（2）①在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲中，加入物质反应达到平衡，依据平衡三段式列式计算结合转化率概念计算得到；
 ②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
A．反应前后气体质量变化，体积不变，随反应进行气体密度发生变化，若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态；
B．反应前后有气体参与，恒温恒容下，反应前后气体体积改变，压强恒定时，标志反应到达平衡状态；
C．乙容器中一氧化碳增加，相当于增大压强，反应前后体积不变，甲容器中CO的平衡转化率等于乙的转化率，速率甲小于乙；
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．
II．①由图示可知化合价不变的一种元素是+1价的氢；
②反应中当有1mol NH₃转化为N₂H₄时，失去1mol的电子，而1mol氧气得到4mol的电子，根据得失电子守恒分析解答；
③可以通过增加通入氧气的量，来提高氨气的转化率，由此分析解答．
Ⅲ．CO的转化率最大，生成二甲醚的选择性最大时最好．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s+3CO（g）△H₁
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂；①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g），根据盖斯定律得到反应的焓变=△H₁-3△H₂．
故答案为：△H₁-3△H₂；
（2）①在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲中，加入物质反应达到平衡，设消耗一氧化碳物质的量为x
                 Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol） 1             1                  1             1
变化量（mol）                x                                  x
平衡量（mol）               1-x                              1+x
K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=$\frac{（1+x）^{3}}{（1-x）^{3}}$=64，解得x=0.6
转化率=60%，
故答案为：60%；            
 ②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
A．若容器压强始终恒定，不能标志反应达到平衡状态，故A错误；
B．ρ=$\frac{m}{V}$，反应前后气体质量变化，体积不变，随反应进行气体密度发生变化，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，故B正确；
C．乙容器中一氧化碳增加，将乙中CO用K=64，代入三段式计算求得CO减少了1.7mol，故CO的转化率为$\frac{1.7}{2.0}$×100%=70%，反应速率乙大，故C错误；
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，故D错误；
故答案为：B；
II．①由图示可知化合价不变的一种元素是+1价的氢，故答案为：氢或H；
②反应中当有1mol NH₃转化为N₂H₄时，失去1mol的电子，而1mol氧气得到4mol的电子，根据得失电子守恒可知消耗氧气的物质的量为=$\frac{1}{4}$=0.25 mol，
故答案为：0.25 mol；　
③欲使生成的N₂H₄中不含NH₃，可采取的措施增大混合气体中氧气的含量，使氨气完全转化，
故答案为：增大混合气体中氧气的含量．
Ⅲ．由图可知当催化剂中$\frac{n（Mn）}{n（Cu）}$约为2.0时，CO的转化率最大，生成二甲醚的最多，
故答案为：2.0．

点评 本题考查化学平衡影响因素、化学平衡产生、化学平衡图象、盖斯定律应用、原电池等，题目涉及的知识点较多，综合性较强题目难中等．