题目内容

I.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

(1)已知:①Fe2O3(s) + 3C(石墨)=2Fe(s) + 3CO(g)    △H1

②C(石墨)+ CO2(g) = 2CO(g)   △H2

  则△H___________________(用含△H、△H2的代数式表示)。

(2)高炉炼铁反应的平衡常数表达式K=____________________________。

(3)在某温度时,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。

 

Fe2O3

CO

Fe

CO2

甲/mol

1.0

1.0

1.0

1.0

乙/mol

1.0

1.5

1.0

1.0

 

①甲容器中CO的平衡转化率为_______________________。

②下列说法正确的是____________________(填编号)。

A.若容器压强恒定,反应达到平衡状态

B.若容器内气体密度恒定,反应达到平衡状态

C.甲容器中CO的平衡转化率大于乙的

D.增加Fe2O3就能提高CO的转化率

II.纳米MgO可用尿素与氯化镁合成。某小组研究该反应在温度为378~398K时的反应时间、反应物配比等因素对其产率的影响。请完成以下实验设计表:

编号

温度/K

反应时间/h

反应物物质的量配比

实验目的

378

4

3∶1

实验②和④探究________

______________________

实验②和__________探究

反应时间对产率的影响。

378

4

4∶1

378

3

_______

398

4

4∶1

 

下图为温度对纳米MgO产率(曲线a)和粒径(曲线b)的影响,请归纳出温度对纳米MgO制备的影响规律(写出一条):                                                                            

___________________________________________。

 

 

【答案】

(16分)I.(1)△H1 -3△H2(2分)

 

(2)     (3分)  注:用“[  ]”表示平衡浓度的也给分  

(3)①60%(2分)     ②B(2分)

II.  4∶1(1分)  温度对产率的影响(2分)    ③(1分)

在378~398K(1分),生成的纳米MgO的粒径大小无明显变化(合理则给分)(2分)

或者:在378K~398K(1分或在实验温度下也得分),随温度的升高,产率增大(2分)

383K较低温度下有利于形成较小的颗粒(3分)

注:填“在实验温度下”也得分。

【解析】

试题分析:(1)观察已知热化学方程式,根据盖斯定律,可以用①-②×3约去3C(石墨),得到高炉炼铁的反应式,则Fe2O3(s) + 3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)的△H =①的焓变-②的焓变×3=△H1 -3△H2;(2)根据平衡常数的概念,由于固体物质或纯液体的浓度是常数,不能写进表达式,则高炉炼铁的平衡常数K=c3(CO2)/c3(CO);(3)①起始时甲容器中c3(CO2)/c3(CO)=1.03/1.03=1<64,说明该反应一定从正反应方向开始进行,反应物浓度减小,生成物浓度增大,直到达到新的平衡,设CO的平衡转化率为x,则:

                     Fe2O3(s)  +  3CO(g)  2Fe(s)  +  3CO2(g)

起始浓度/ mol·L1                  0.5                    0.5

变化浓度/ mol·L1                 0.5x                    0.5x

平衡浓度/ mol·L1               0.5-0.5x                 0.5+0.5x

K=c3(CO2)/c3(CO)=( 0.5+0.5x) 3/(0.5-0.5x)3=64

( 1+x) 3/(1-x)3=64,则( 1+x)/(1-x)=4,1+x=4-4x,5x=3,x=0.6或60%

②正反应是气态物质体积保持不变的反应,则反应前后气态物质的物质的量保持不变,则平衡前后气体的压强不变,故A错误;混合气体的密度=混合气体的总质量/容器的容积,由于反应物和生成物中都有固体物质参加,且平衡前混合气体的总质量会增大,只有平衡时混合气体的总质量才保持不变,密度才不变,故B正确;正反应是气态物质体积保持不变的反应,增大CO浓度必然同时增大压强,增大压强时该平衡不能移动,CO的转化率不变,故C错误;氧化铁的固体,其浓度是常数,增加氧化铁的量不能增大反应物浓度或压强,平衡不会移动,则CO的转化率不变,故D错误;(4)根据控制变量设计探究实验方案的原理可知,实验①和②探究的目的是反应物配比对纳米MgO产率的影响,实验②和④探究的目的是温度对纳米MgO产率的影响,实验②和③探究的目的是反应时间对纳米MgO产率的影响;读图可知,在378~398K,生成的纳米MgO的粒径大小无明显变化,或者在378K~398K(或在实验温度下),随温度的升高,产率增大,383K较低温度下有利于形成较小的颗粒。

考点:考查化学反应原理大题,涉及盖斯定律的应用、化学平衡常数及应用、平衡转化率的计算、化学平衡移动、设计几种因素影响产率的探究实验、解释化学平衡图像等知识。

 

练习册系列答案
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(2012?唐山二模)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=akJ?mol-1
(1)已知:
①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489kJ?mol-1
②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ?mol-1
则a=
-28.5
-28.5
kJ?mol-1,炼铁反应平衡常数K随温度升高而
减小
减小
(填“增大”、“不变”或“减小”).
(2)在T℃时,该反应的平衡常数K=64,在体积均为2L的恒容密闭容器甲和乙中,分别按下所示加入物质,反应经过一段时间后达到平衡.
Fe2O3 CO Fe CO2
1.0mol 1.0mol 1.0mol 1.0mol
1.0mol 2.0mol 1.0mol 1.0mol
①甲容器中CO的平衡转化率为
60%
60%

②下列说法正确的是
cd
cd
(填字母).
a.增加Fe2O3的量可以提高CO的转化率
b.甲、乙容器中CO的平衡转化率之比大于1
c.甲、乙容器中,CO的平衡浓度之比为2:3
d.若容器内气体密度恒定时,标志反应达到平衡状态
(3)实验室有提纯后的铁矿粉(含氧化铁、氧化亚铁中的一种或两种),请设计实验探究其成分:
实验室仅提供如下仪器和试剂:烧杯、试管、玻璃棒、药匙、胶头滴管、酒精灯、试管夹;3mol/L H2SO4溶液、0.01mol/L KMnO4溶液、20% KSCN溶液、蒸馏水.
①提出合理假设:
假设1:只含氧化亚铁;
假设2:只含氧化铁;
假设3:
既含氧化亚铁又含氧化铁
既含氧化亚铁又含氧化铁

②请在下列表格中填写实验步骤、预期现象与结论.(可不必填满)
实验操作 预期现象及结论
步骤1:取少量样品于烧杯中加适量稀硫酸溶解 \
步骤2:
取少量步骤1所得溶液于试管中滴加几滴KSCN溶液
取少量步骤1所得溶液于试管中滴加几滴KSCN溶液
若溶液变红则证明样品中含氧化铁
若不变红则证明样品中不含氧化铁
若溶液变红则证明样品中含氧化铁
若不变红则证明样品中不含氧化铁
步骤3:
另取少量步骤1所得溶液于试管中滴加几滴KMnO4溶液
另取少量步骤1所得溶液于试管中滴加几滴KMnO4溶液
若KMnO4溶液紫色褪去则证明样品中含氧化亚铁
若KMnO4溶液不褪色则证明样品中不含氧化亚铁
若KMnO4溶液紫色褪去则证明样品中含氧化亚铁
若KMnO4溶液不褪色则证明样品中不含氧化亚铁
步骤4:

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