Question

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）己知：

①Fe₂O₃(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)   △H₁=“+”489.0kJ/mol

② C（石墨）+CO₂(g)=2CO(g）  △H₂=“+”172.5kJ/mol

则a=______kJ/mol。

（2）冶炼铁反应的平衡常数表达式K=_______，温度升高后，K 值____（填“增大”、“不变”或“减小”）。

（3）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，分别按下表所示加入物质，反应经过一段时间后达到平衡。

① 甲容器中CO 的平衡转化率为___________。

② 下列说法正确的是________（填字母）。

a．若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、乙容器中，CO的平衡浓度之比为2:3

d．增加Fe₂O₃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均盛有等浓度、等体积的NaCl溶液。

① 在a～c装置中，能保护铁的是________（填字母）。

② 若用d装置保护铁，X极的电极材料应是________（填名称）。

Answer

（1）-28.5；（2）；减小；（3）①60%；②ac；（4）①bc；②锌。

【解析】

试题分析：（1）①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g) △H1=“+”489.0kJ/mol；②C（石墨）+CO2(g)=2CO(g） △H2=“+”172.5kJ/mol；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=+489.0kJ/mol -3×(+172.5kJ/mol)=-28.5kJ/mol。所以a=-28.5；（2）化学平衡常数是可逆反应达到平衡时各种生成物浓度幂之积与各种反应物浓度幂之积的比，所以根据反应方程式Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g)可知冶炼铁反应的平衡常数表达式K=；该反应的正反应是放热反应，根据平衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，所以温度升高后，平衡逆向移动，化学平衡常数K值减小；（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== (1+x)3÷(1−x)3=64，计算得到x=0.6，所以CO的转化率是60%；

②Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g) △H=-28.5kJ/mol。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，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(1.7÷2.0)×100%=70%，转化率乙大，错误；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；正确；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，错误。（4）①a是电解池，Fe作阳极，发生氧化反应，被腐蚀，错误；B．该装置是电解池，Fe作阴极，发生还原反应，Fe被保护，正确；C．是原电池，由于金属活动性Zn>Fe，所以Fe作正极，被保护，正确；D．该装置一个是原电池，一个为电解池，由于X活动性不能确定，所以Fe可能被氧化，也可能被还原，错误；②若用d装置保护铁，则X的活动性要比Fe强，X极的电极材料应是锌或铝等金属材料。

【考点定位】考查原电池、电解池、盖斯定律的应用及化学反应速率和化学平衡的有关知识。

【名师点睛】原电池、电解池是电化学的重要内容，原电池是把化学能转化为电能的装置，一般情况下活动性强的金属为负极，负极发生氧化反应；活动性弱的金属(或导电的非金属)为正极，正极上发生还原反应，但也有例外；电解池是把电能转化为化学能的装置。阳极(连接电源正极)发生氧化反应，若阳极是惰性电极，则溶液的阴离子放电，顺序是S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子，若是活性电极(除金、铂及石墨之外的电极)，则电极失去电子，发生氧化反应。阴极上发生还原反应，放电顺序是Ag+>Fe3+>Cu2+>H+等，一金属活动性顺序表相反。电解池可以使不能自发进行的反应发生，可以利用原电池、电解池进行金属的保护。