题目内容
【题目】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.
(1)I.已知反应 Fe2O3(s)+CO(g)
Fe(s)+CO2(g)△H=﹣23.5kJmol﹣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. ①CO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
(2)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:
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 .
③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 | CH3OH的浓度 | 能量变化 |
甲 | 1mol CO和2mol H2 | α1 | c1 | 放出Q1kJ热量 |
乙 | 1mol CH3OH | α2 | c2 | 吸收Q2kJ热量 |
丙 | 2mol CO和4mol H2 | α3 | c3 | 放出Q3kJ热量 |
则下列关系正确的是
A.c1=c2B.2Q1=Q3C.2α1=α3D.α1+α2=1E.该反应若生成1mol CH3OH,则放出(Q1+Q2)kJ热量.
【答案】
(1)60%;d
(2)0.15mol/(L?min);CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g)△H=﹣481kJ/mol;ADE
【解析】解:(1)I①令平衡时CO的物质的量变化为nmol,则: Fe2O3(s)+CO(g)
Fe(s)+CO2(g)
开始(mol):1 1
变化(mol):n n
平衡(mol):1﹣n n+1
所以 =4,解得n=0.6,则CO的平衡转化率为
×100%=60%,
所以答案是:60%;②a.该反应正反应是放热反应,提高反应温度,平衡向逆反应移动,CO的平衡转化率降低,故a错误;b.反应前后气体的物质的量不变,减小容器的容积,增大压强平衡不移动,CO的平衡转化率不变,故b错误;c.加入合适的催化剂,平衡不移动,故c错误;d.移出部分CO2 , 平衡向正反应移动,CO的平衡转化率增大,故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,但平衡不移动,故e错误;所以答案是:d;(2)Ⅱ①由图可知,达到平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L,则v(CH3OH)= =0.075mol/(L.min),速率之比等于化学计量数之比,v(H2)=2v(CH3OH)=0.15mol/(Lmin),所以答案是:0.15mol/(Lmin);②氢气的燃烧热为286kJ/mol,则:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=﹣572kJ/mol ①,由图可得:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=﹣91kJ/mol ②,根据盖斯定律,①﹣②可得:CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g),则甲醇气体不充分燃烧的热化学方程式:CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g)△H=﹣481kJ/mol,所以答案是:CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO(g)△H=﹣481kJ/mol;③A.甲、乙是完全等效平衡,平衡时各组分的浓度相等,所以平衡时甲醇的浓度c1=c2 , 故A正确;B.丙与甲相比,等效为在甲平衡的基础上再加入1mol CO和2mol H2 , 压强增大,平衡向正反应方向移动,丙中反应物的转化率大于甲,丙中参加反应的CO大于甲中的2倍,故2Q1<Q3 , 故B错误;C.丙与甲相比,等效为在甲平衡的基础上再加入1mol CO和2mol H2 , 压强增大,平衡向正反应方向移动,丙中反应物的转化率大于甲,后加入的1mol CO和2mol H2的转化率小于甲中的转化率,故2α1>α3 , 故C错误;D.甲与乙是完全等效平衡,平衡时对应各组分的含量完全相同,CO的转化率为α1 , 则平衡时CO的物质的量为(1﹣α1)mol,乙中平衡时甲醇的转化率为α2 , 乙中平衡时CO的物质的量为α2mol,故(1﹣α1)=α2 , 整理得α1+α2=1,故D正确;E.令平衡时CO的物质的量为nmol,CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的反应热△H=﹣QkJ/mol,则Q1=(1﹣n)Q、Q2=nQ,整理得Q=Q1+Q2 , 故1mol CH3OH,则放出(Q1+Q2)kJ热量,故E正确,所以答案是:ADE.
【考点精析】认真审题,首先需要了解化学平衡状态本质及特征(化学平衡状态的特征:“等”即 V正=V逆>0;“动”即是动态平衡,平衡时反应仍在进行;“定”即反应混合物中各组分百分含量不变;“变”即条件改变,平衡被打破,并在新的条件下建立新的化学平衡;与途径无关,外界条件不变,可逆反应无论是从正反应开始,还是从逆反应开始,都可建立同一平衡状态(等效)),还要掌握化学平衡的计算(反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%;产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%)的相关知识才是答题的关键.
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