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：2CO（g）＋O₂（g）＝2CO₂（g）△H＝－566kJ/mol

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

则反应：Fe₂O₃（s）＋3CO（g）2Fe（s）＋3CO₂（g） △H＝___________kJ/mol。

II．反应1/3Fe₂O₃（s）＋CO（g）2/3Fe（s）＋CO₂（g）在1000℃的平衡常数等于4.0。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

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）若在一体积可变的密闭容器中充入l molCO、2molH₂和1molCH₃OH，达到平衡吋测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍，则该反应向____________(填“正”、“逆”)反应方向移动。

（3）以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢气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，用石墨做电极电解硫酸铜溶液，当阳极收集到11.2L（标准状况）气体时，消耗甲烷的体积为_________L（标准状况下）。

Answer

-23.5 60% d 0.15mol/（L.min） 正 CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 5.6

【解析】

I．已知：①2CO（g）＋O2（g）＝2CO2（g）△H＝－566kJ/mol

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

则根据盖斯定律可知①×3/2－②即可得到反应：

Fe2O3（s）＋3CO（g）2Fe（s）＋3CO2（g）的反应热△H＝-23.5kJ/mol。

II．（1）设CO的转化浓度为x，则

Fe2O3（s）+ CO（g）Fe（s）+ CO2（g）

初始浓度（mol•L‾1） 0.1 0.1

转化浓度（mol•L‾1） x x

平衡浓度（mol•L‾1） 0.1—x 0.1+x

根据平衡常数可得：（0.1+x）/（0.1—x）＝4，解得x＝0．06mol•L‾1，则CO的平衡转化率60%。

（2）a．正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向进行，转化率降低，a错误；b．反应前后体积不变，增大反应体系的压强平衡不移动，转化率不变，b错误；c．催化剂不能改变平衡状态，则选取合适的催化剂不能改变转化率，c错误；d．及时吸收或移出部分CO2，平衡向正反应方向移动，转化率增大，d正确；e．粉碎矿石，使其与平衡混合气体充分接触可以加快反应速率，但不能影响平衡状态，转化率不变，e错误，答案选d。

III．（1）根据图像可知反应进行到10min时达到平衡状态，生成甲醇的浓度是0.75mol/L，则根据方程式可知消耗氢气的浓度是1.5mol/L，所以用氢气表示的反应速率为1.5mol/L÷10min＝0.15mol/（L•min）。

（2）反应前l molCO、2molH2和1molCH3OH的平均摩尔质量为（1mol×28g/mol＋2mol×2g/mol＋1mol×32g/mol）÷4mol＝16g/mol，达到平衡吋测得混合气体的密度是同温同压下起始的1．6倍，则平衡时平均摩尔质量为29g/mol×1.6＝46.4g/mol，说明反应向平均摩尔质量增大的方向即正反应方向移动。

（3）B电极通入甲烷转化为CO2，这说明甲烷被氧化发生氧化反应，则B电极是负极，电极反应式为CH4+4O2﹣﹣8e﹣＝CO2+2H2O；

（4）惰性电极电解硫酸铜溶液阳极氢氧根放电，当阳极收集到11.2L（标准状况）气体，即0.5mol氧气时转移0.5mol×4＝2mol电子。1分子甲烷失去8个电子，则根据得失守恒可知消耗甲烷是2mol÷8＝0.25mol，在标准状况下的体积为0.25mol×22.4L/mol＝5.6L。