Question

9．钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志，高炉炼铁是最为普遍的一种炼铁方法．
Ⅰ．已知：CO的燃烧热为283KJ•mol^-1，2Fe（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=Fe₂O₃（s）△H=-825.5KJ•mol^-1．
（1）反应^：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-23.5kJ/molKJ•mol^-1
Ⅱ．反应$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）═$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）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CO的平衡转化率为60%．
（2）在1000℃的平衡常数等于7．
（3）欲提高CO的平衡转化率，促进Fe₂O₃的转化，可采取的措施是d．
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
Ⅲ．高炉炼铁产生的废气中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：
（4）图中两条曲线分别表示压强为0.1MPa和5.0MPa下CO转化率随温度的变化，其中代表压强为5.0MPa的曲线是A（填“A”或“B”）
（5）该反应在进行的过程中，v_正（H₂）＞v_逆（CO）+v_正（CH₂OH）（填“＞”“＜”或“=”）
（6）在不改变反应混合物用量的前提下，为了加快反应速率且提高CO的转化率，可采取的最佳措施是其他条件不变，增大压强．
（7）甲醇可与氯气构成燃料电池，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：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）CO的燃烧热为283KJ•mol^-1，则①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ/mol，②2Fe（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=Fe₂O₃（s）△H=-825.5KJ•mol^-1，根据盖斯定律来计算反应的焓变；
（2）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，根据三行式计算；
（3）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；
（4）比较压强，统一温度，在相同温度200℃时，A的转化率比B的高，说明压强改变，平衡正向移动；
（5）反应速率之比等于各物质计量数之比；
（6）不改变反应混合物用量的前提下，用温度、压强对化学平衡产生影响；
（7）燃料电池的负极通入燃料，失去电子发生氧化反应．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ/mol，②2Fe（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=Fe₂O₃（s）△H=-825.5KJ•mol^-1，①×3-②得到反应：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g），该反应的△H=（-283kJ/mol）×3-（-825.5KJ•mol^-1）=-23.5kJ/mol，
故答案为：-23.5kJ/mol；
（2）反应$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）=Fe₂O₃（s）+CO₂（g）的平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$，
               $\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）=Fe₂O₃（s）+CO₂（g）
初始浓度：0.1                                     0.1
变化浓度：0.06                                    0.18    
平衡浓度：0.04                                     0.28
K=$\frac{0.28}{0.04}$=7，
故答案为：7；
（3）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、增加压强，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故b错误；
c、选取合适的催化剂，不影响平衡移动，CO的平衡转化率不变，故c错误；
d、及时吸收或移出部分CO₂，平衡向正反应移动，CO的平衡转化率增大，故d正确；
故选d．
（4）比较压强，统一温度，在相同温度200℃时，A的转化率比B的高，说明压强改变，平衡正向移动，对于CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），是气体体积缩小的反应，则压强的改变只能是增大压强，所以A点的压强大，为5.0MPa，
故答案为：A；
（5）反应速率之比等于各物质计量数之比，达平衡时，v_逆（CO）=v_正（CH₃OH）=$\frac{1}{2}$v_正（H₂），即v_正（H₂）=v_逆（CO）+v_正（CH₃OH），在达平衡之前，正反应速率大于逆反应速率，即v_正（CH₃OH）＞v_逆（CO），故达平衡前v_正（H₂）＞v_逆（CO）+v_正（CH₃OH），
故答案为：＞；
（6）不改变反应混合物用量的前提下，用温度、压强对化学平衡产生影响，从图中可知，升温CO的转化率降低，降温速率会减慢，所以选择增大压强，加快反应速率且平衡正向移动，提高CO的转化率，
故答案为：其他条件不变，增大压强；
（7）燃料电池的负极通入燃料，失去电子发生氧化反应，在碱性环境的电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评 本题考查化学平衡的有关计算、化学反应焓变计算、平衡常数、电化学等有关知识，难度中等．