Question

13．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=a kJ•mol^-1．
（1）已知：①Fe₂O₃+3C（石墨，s）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1②C（石墨，s）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1则a=-28.5kJ•mol^-1．
（2）冶炼铁反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，温度升高后，K值减小（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（3）在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L的恒容密闭容器甲和乙中，分别按照如表所示数据加入物质，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	2.0	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AB（填字母）
a．容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态   
b．甲容器中CO的平衡转化率大于乙的     
c．甲、乙两容器中，CO的平衡浓度之比为2：3   
d．增加Fe₂O₃的量可以提高CO的转化率
（4）采取一定措施可防止钢铁腐蚀．下列装置中的烧杯里盛有等浓度、等体积的NaCl溶液．
①在a～c装置中，能保护铁的是bc（填字母）．
②若用d装置保护铁，X极的电极材料应是锌（填名称）．

Answer 1

分析 （1））①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），依据热化学方程式和盖斯定律计算；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1依据平衡常数概念写出表达式，反应是吸热反应，升温平衡逆向进行；
（3）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，若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态；
B．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；
C．依据平衡三段式计算平衡物质的量；计算甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比；
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．
（4）①原电池的正极和电解池的阴极可以得到保护；
②装置为原电池，若用d装置保护铁，X极的电极材料应比铁活泼．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
由盖斯定律①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，故答案为：-28.5；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，平衡常数K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小，
故答案为：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；减小；
（3）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，计算得到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．反应前后气体质量变化，体积不变，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；
B．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B正确；
C．甲容器中平衡一氧化碳物质的量为0.4mol；乙容器中结合平衡常数计算得到消耗一氧化碳为1.4mol，平衡物质的量为0.6mol，甲和乙容器中CO的平衡浓度之比为0.4+0.6=2：3；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：AB；
（4）①装置中原电池的正极和电解池的阴极可以得到保护，a中Fe作阳极被腐蚀，b中Fe作阴极被保护，c中Fe作正极被保护，则bc可以保护铁，故答案为：bc；
②装置为原电池，若用d装置保护铁，X极的电极材料应比铁活泼可以选择锌，故答案为：锌．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用，平衡常数计算应用，化学平衡三段式列式计算方法，题目难度中等．