Question

【题目】钢铁行业是工业生产的重要支柱。

（1）已知高炉炼铁的主要反应为：

①Fe2O3(s)+3CO(g)＝2Fe(s)+3CO2(g) △H=－25 kJ·mol－1

②3Fe2O3(s)+CO(g)＝2Fe3O4(s)+CO2(g) △H=－47 kJ·mol－1

③Fe3O4(s)+CO(g)＝3FeO(s)+CO2(g) △H=+19 kJ·mol－1

写出FeO(s)被CO还原生成Fe(s)和CO2的热化学方程式：________________。

（2）恒温恒容条件下进行反应Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)，下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是_______(填写序号字母)。

a．v(CO)正=v(CO2)逆 b．CO、CO2 的浓度之比为1：1

c．容器内压强保持不变 d．混合气体的密度保持不变

（3）ToC时，反应Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)的平衡常数为K=27。在1L的密闭容器中分别按下表所示加入物质，维持ToC反应一段时间达到平衡，甲、乙容器中CO的平衡转化率之比=_________。

	Fe2O3	CO	Fe	CO2
甲容器	1.0 mol	1.0 mol	1.0 mol	1.0 mol
乙容器	1.0 mol	2.0 mol	1.0 mol	1.0 mol

（4）下列为合成甲醇的有关化学方程式：

①2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)

②H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g)

③3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

某温度下，上述三个反应的平衡常数数值分别为2.5，2.0和K3，则K3值为_______。

（5）比亚迪双模电动汽车使用高铁电池供电。高铁电池的总反应为：3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH3Zn+2K2FeO4+8H2O，则充电时的阳极反应式为__________。

（6）炼铁尾气中含有CO，经过回收可用于合成甲醇：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H=－90.1 kJ·mol－1。ToC，该反应的Kp=6.0×10-3kPa-2（用平衡分压代替平衡浓度所得平衡常数，分压= 总压×物质的量分数）。该温度下的某容器中，若起始充入2molH2、1molCO，平衡时甲醇的平衡分压p(CH3OH)=24.0kPa，则平衡时混合气体中CH3OH的体积分数约为________（用百分数表示，小数点后保留1位）。

Answer 1

【答案】FeO(s)+CO(g)＝Fe(s)+CO2(g) △H=－11kJ/mol ad 4:5 5.0 2Fe(OH)3+10OH-－6e-＝2FeO42-+8H2O 44.4%

【解析】

（1）根据盖斯定律计算；

（2）根据平衡状态的特征分析判断；

（3）根据平衡常数结合三段式计算；

（4）根据已知方程式进行叠加计算平衡常数；

（5）根据阳极发生得到电子的氧化反应分析解答；

（6）根据方程式和平衡常数的含义计算甲醇的体积分数。

（1）已知：

①Fe2O3(s)+3CO(g)＝2Fe(s)+3CO2(g) △H=－25 kJ·mol－1

②3Fe2O3(s)+CO(g)＝2Fe3O4(s)+CO2(g) △H=－47 kJ·mol－1

③Fe3O4(s)+CO(g)＝3FeO(s)+CO2(g) △H=+19 kJ·mol－1

根据盖斯定律可知（①×3－②－③×2）/6即得到FeO(s)被CO还原生成Fe(s)和CO2的热化学方程式为FeO(s)+CO(g)==Fe(s)+CO2(g) △H=－11kJ/mol。

（2）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。则

a．v(CO)正＝v(CO2)逆表示反应速率的方向相反，且满足反应速率之比是化学计量数之比，反应达到平衡状态，a正确；

b．CO、CO2的浓度之比为1：1不能说明正逆反应速率相等，不一定达到平衡状态，b错误；

c．反应前后体积不变，容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡状态，c错误；

d．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但质量是变化的，则混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡状态，d正确。

答案选ad；

（3）甲容器中 Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)

起始浓度（mol/L） 1 1

转化浓度（mol/L） x x

平衡浓度（mol/L） 1－x 1+x

乙容器中 Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)

起始浓度（mol/L） 2 1

转化浓度（mol/L） y y

平衡浓度（mol/L） 2－y 1+y

则、

解得x＝0.5、y＝1.25，即甲中转化为是50%，乙中转化率为62.5%，所以甲、乙容器中CO的平衡转化率之比50%：62.5%＝4：5；

（4）已知：

①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) K1

②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) K2

③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

①+②即得到反应③，则K3＝K1×K2＝2.5×2.0＝5.0；

（5）高铁电池的总反应为3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH3Zn+2K2FeO4+8H2O，充电时氢氧化铁失去电子转化为高铁酸钾，则充电时的阳极反应式为2Fe(OH)3+10OH-－6e-＝2FeO42-+8H2O。

（6）起始时投入2molH2、1molCO，二者按2：1反应，故平衡时二者物质的量之比为2：1，二者分压之比为2：1，设平衡时CO分压为P，则氢气分压为2P，该反应的平衡常数Kp=6.0×10-3（kPa）-2，反应达到平衡时p（CH3OH）=24.0kPa，则，解得P=10kPa，相同条件下，压强之比等于物质的量之比，故平衡时H2、CO、CH3OH的物质的量之比为20：10：24=10：5：12，则平衡混合气体中CH3OH的物质的量分数为12/(10+5+12)×100%≈44.4%。