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＝-23.5 kJ·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,反应经过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:

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

（2）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：

（1）B极上的电极反应式为                                            

（2）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

I．（1）60％（2分） （2）d（2分）

Ⅱ．（1）0.15mol/(L·min) （2分）（单位出错给1分）

（2） A D E (3分，有错选不得分)

Ⅲ．（1） CH4 + 4O2— —8e—= CO2+ 2H2O；（2分）

（2） 1.12 L（2分）

【解析】

试题分析：I.（1）令平衡时CO的物质的量变化为nmol，则：

Fe2O3(s)+ CO(g) Fe(s)+ CO2(g)

开始（mol）：1 1

变化（mol）：n n

平衡（mol）：1-n n+1

所以n+1/(1-n)=4，解得n=0.6，则CO的平衡转化率为0.6mol/1mol×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错误；b．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错误；c．加入合适的催化剂，平衡不移动，故c错误；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正确；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错误；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）=△c/△t=1.5mol/L/10min=0.15mol/（L min）（2）A、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；B、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错误；C、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1mol CH3OH，则放出（Q1+Q2）kJ热量，故E正确；故答案为：ADE；Ⅲ．（1）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 + 4O2——8e—= CO2+ 2H2O。（2）电解硫酸铜溶液时阳极的电极反应式4OH— —4e—= O2↑+ 2H2O，阴极的反应式是： Cu2++2e-=Cu；2H++e-=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X。则4X=0.1×2+2X。解得X=0.1.在整个反应过程转移电子相等。电子的物质的量为0.4mol.由于每摩尔甲烷失去电子8摩尔，所以需要甲烷的物质的量为0.05摩尔。V（CH4）=0.05摩尔×22.4升/摩尔=1.12 升 。实际上消耗的甲烷体积比理论上大，可能原因是甲烷不完全被氧化，生成C或CO 或 电池能量转化率达不到100%。

考点：本题综合考查了化学平衡、电化学等知识，题目侧重于等效平衡的计算，为该题的难点，也是易错点，注意理解等效平衡问题。