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)△H=-23.5kJ•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，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：

(3)从反应开始到平衡，用H₂浓度变化表示平均反应速率v(H₂)=___；

(4)已知氢气的燃烧热286kJ/mol，请写出甲醇气体不充分燃烧的热化学方程式___；

(5)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	1molCO和2molH2	α1	c1	放出Q1kJ热量
乙	1molCH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ热量
丙	2molCO和4molH2	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1molCH₃OH，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：

(6)B极上的电极反应式为___；

(7)若用该燃料电池做电源，用石墨做电极电解100mL1mol/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

60% d 0.15mol/(L•min) CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g) △H=-481kJ/mol ADE CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 1.12L

【解析】

I．(1)设消耗CO的物质的量是xmol，根据三段式，根据平衡常数的计算公式列方程，求出x；最后根据转化率的公式进行计算；

(2)结合反应的特点，根据影响平衡移动的规律进行分析；

Ⅱ．(3)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，据此可以计算出所氢气的反应速率；

(4) 根据氢气的燃烧热286kJ/mol，可得氢气燃烧的热化学方程式；由图可得出CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)∆H，然后结合目标方程式，根据盖斯定律进行计算；

(5)结合反应特点，根据等效平衡规律进行分析；

Ⅲ．(6)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，导电离子为O2﹣，据此写出电极反应式。

I．(1)设消耗CO的物质的量是xmol，则生成CO2的物质的量也是xmol，因此平衡时CO和CO2的物质的量分别是1—x和1＋x。则 根据平衡常数可知 ，解得x＝0.6，则CO的平衡转化率60%。

故答案为：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。

故答案为：d；

Ⅱ．(3)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＝0.15mol/(L•min)；

故答案为：0.15mol/(L•min)；

(4) 已知氢气的燃烧热286kJ/mol，可得氢气燃烧的热化学方程式为：①；由图可知CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)的反应热，可得②，根据盖斯定律可知：CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g) 可由2①-②得到，则该反应的反应热△H=，该反应热化学方程式为：CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g) △H=-481kJ/mol，

故答案为：CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g) △H=-481kJ/mol；

(5)A．温度和容器容积相等，则根据表中数据可知甲和乙的平衡是等效的，则c1＝c2，A正确；

B．丙相当于在甲的基础上再加入1molCO和2mol氢气，压强增大平衡向正反应方向进行，反应物的转化率增大，所以2Q1＜Q3，B错误；

C．根据B中分析可知2α1不一定等于α3，C错误；

D．甲、乙平衡等效，则α1+α2＝1，D正确，

E．由以上分析甲、乙平衡等效，则平衡时甲生成的甲醇与乙中消耗的甲醇物质的量之和恰好为1mol，则该反应若生成1molCH3OH，则放出(Q1+Q2)kJ热量

故答案为：ADE；

Ⅲ．(6)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；

故答案为：CH4+4O2﹣﹣8e﹣=CO2+2H2O；

(7)硫酸铜的物质的量是0.1mol，惰性电极电解时阳极是氢氧根放电产生氧气。阴极是铜离子放电析出铜。当铜离子完全放电后氢离子放电产生氢气。当两极收集到的气体体积相等时，这说明阴极有氢气产生。设二者的物质的量均是xmol，则根据电子得失守恒可知0.1×2＋2x＝4x，解得x＝0.1，即阳极产生0.1mol氧气，转移0.4mol电子，所以根据电子转移守恒可知理论上消耗的甲烷的物质的量设0.4mol÷8＝0.05mol，在标准状况下的体积为1.12L。

故答案为：1.12L；