Question

【题目】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

2Fe(s) + 3/2O2(g)＝Fe2O3(s) ΔH＝－825.5 kJ/mol

反应：Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH＝________ kJ/mol。

Ⅱ．反应1/3Fe2O3(s)+CO(g)2/3 Fe(s)+CO2(g)在1000℃的平衡常数等于4.0。在一容积为10 L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0 mol，反应经过10min后达到平衡。

（1）CO的平衡转化率为 __________。

（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，使其在一定条件下与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υ(H2)＝_____________。

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

容器	反应物投入的量	反应物 转化率	CH3OH的浓度	能量变化 （Q1，Q2，Q3均大于0）
甲	1 molCO和2 molH2	α1	c1	放出Q1 kJ热量
乙	1 molCH3OH	α2	c2	吸收Q2 kJ热量
丙	2 molCO和4 molH2	α3	c3	放出Q3 kJ热量

则下列关系正确的是 _________（填序号）。

A．c1＝c2；B．2Q1＝Q3；C．2α1＝α3；D．α1+α2=1；E．该反应若生成1 molCH3OH，则放出（Q1+Q2）kJ热量

Answer 1

【答案】－23.5 60% d 0.15mol/(Lmin) ADE

【解析】

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、α1+α2=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。

I.①2CO(g) + O2(g)＝2CO2(g) ΔH＝－566 kJ/mol

②2Fe(s) + 3/2O2(g)＝Fe2O3(s) ΔH＝－825.5 kJ/mol

由盖斯定律①×②得到Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)

则△H=566×+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：

1/3Fe2O3(s)+CO(g)2/3 Fe(s)+CO2(g)

开始(mol) 1 1

变化(mol) n n

平衡(mol) 1n n+1

所以=4，解得n=0.6，则CO的平衡转化率为×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不符合题意；

b、反应前后气体的物质的量不变，增大压强平衡不移动，CO的平衡转化率不变，故b不符合题意；

c、加入合适的催化剂，平衡不移动，故c不符合题意；

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符合题意；

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不符合题意；

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)=═=0.15mol/(Lmin)；

（2）A、甲、乙相比较，把乙等效为开始加入1molCO和2molH2，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，相当于压强增大，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，相当于压强增大，对于反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，平衡向生成甲醇的方向移动，故α1<α3，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α1+α2=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1molCH3OH，则放出(Q1+Q2)kJ热量，故E正确；

故答案为：ADE。