题目内容
金属铁用途广泛，高炉炼铁的总反应为：Fe2O3（s）+3CO（g）
2Fe（s）+3CO2（g），请回答下列问题：
（1）一定温度下，在体积固定的密闭容器中发生上述反应，可以判断该反应已经达到平衡的是 。
| A．密闭容器中总压强不变 |
| B．密闭容器中混合气体的平均摩尔质量不变 |
| C．密闭容器中混合气体的密度不变 |
| D．c（CO）= c（CO2） |
（2）一定温度下，上述反应的化学平衡常数为3.0，该温度下将4molCO、2molFe2O3、6molCO2、5molFe加入容积为2L的密闭容器中，此时反应将向 反应方向进行（填“正”或“逆”或“处于平衡状态”）；反应达平衡后，若升高温度，CO与CO2的体积比增大，则正反应为 反应（填“吸热”或“放热”） 。
（3）已知：3Fe2O3（s）+CO（g）
2Fe3O4（s）+CO2（g） △H="–47" kJ/molFe3O4（s）+CO（g）
3FeO（s）+CO2（g） △H=" +19" kJ/molFeO（s）+CO（g）
Fe（s）+CO2（g） △H="–11" kJ/mol则Fe2O3（s）+3CO（g）
2Fe（s）+3CO2（g）的△H= 。（4）上述总反应在高炉中大致分为三个阶段，各阶段主要成分与温度的关系如下表：
| 温度 | 250℃ ～ 600℃ ～ 1000℃ ～ 2000℃ |
| 主要成分 | Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe |
800℃时固体物质的主要成分为 ，该温度下若测得固体混合物中m(Fe)︰m(O)=105︰32，则Fe3O4被CO还原为FeO的百分率为 （设其它固体杂质中不含Fe、O元素）。
（16分）
（1）BCE（3分） （2）逆（3分） 放热（2分） （3）–25 kJ/mol （3分）
（4）Fe3O4 FeO（2分） 80% （3分）
解析试题分析：（1）由高炉炼铁总反应可知，该反应是气体体积或物质的量不变的反应，则恒温恒容下气体的压强始终保持不变，所以总压强不变不能说明该反应达到平衡，故A错误；由于容器内混合气体的平均摩尔质量等于总质量与总物质的量之比，虽然物质的量保持不变，但是混合气体的质量逐渐增大，因为氧化铁变为单质铁导致固体的质量减少，所以混合气体的平均摩尔质量逐渐增大，当它保持不变时，说明该反应已达平衡，故B正确；由于容器中混合气体的密度等于总质量与容积之比，虽然容积保持不变，但是混合气体的总质量逐渐增大，则混合气体的密度逐渐增大，当它不变时，说明该反应已达平衡，故C正确；平衡时各组分的浓度都保持不变，但是平衡浓度之比不一定等于化学方程式中系数之比，故D错误；氧化铁是反应物或原料，随着反应的进行，氧化铁被消耗，其质量逐渐减小，当它的质量不再变化，说明该反应已达平衡，故E正确；（2）温度不变，该反应化学平衡常数[K=c3(CO2)/c3(CO)]不变；起始时c3(CO2)/c3(CO)=(6/2) 3/(4/2) 3=27/8>K=3.0，则此时反应必须向逆反应方向进行，使生成物浓度减小、反应物浓度增大，c3(CO2)/c3(CO)的比值才能减小为3.0，才能达到该温度下的化学平衡；由于化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，则该反应的平衡常数为c(E)/[c2(A)·c(B)]；升高温度，CO与CO2的体积比增大，后者说明平衡向逆反应方向移动，前者导致平衡向吸热反应方向移动，即逆反应是吸热反应，则正反应是放热反应；（3）先将四个热化学方程式依次编号为①②③④，观察已知焓变和未知焓变的热化学方程式可得：（①+②×2+③×6）/3=④，根据盖斯定律可知，④的焓变=[（–47）+（+19）×2+（–11）×6] kJ/mol /3=–25 kJ/mol；（4）依题意可知，800℃时固体物质的主要成分为Fe3O4、FeO；设固体混合物含有xmolFe3O4、ymolFeO，则n(Fe)=(3x+y)mol、n(O)=(4x+y)mol，m(Fe)=56×(3x+y)g、m(O)=16×(4x+y)g，m(Fe)/ m(O)="[" 56×(3x+y)]/[ 16×(4x+y)]=105/32，(4x+y)/ (3x+y)=112/105，x/(3x+y)=1/15，则y=15x；由于Fe3O4（s）+CO（g）3FeO（s）+CO2（g），根据系数之比等于物质的量之比可知，被CO还原为ymolFeO的Fe3O4为y/3mol或4xmol，则总的Fe3O4为(x+y/3)mol或5xmol，被还原的Fe3O4与总的Fe3O4之比为(y/3)/ (x+y/3)=(4x)/(x+4x)=4/5，4/5×100%=80%，则Fe3O4被CO还原为FeO的百分率为80%。
考点：考查化学反应原理，涉及化学平衡状态的判断、可逆反应进行的方向、化学平衡常数的应用、温度对化学平衡的影响、放热反应或吸热反应的推断、盖斯定律的应用、温度对反应进程的影响、混合物的计算等。
小学同步三练核心密卷系列答案CO2和CH4是两种重要的温室气体，通过CH4和CO2反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。
（1）250℃时，以镍合金为催化剂，向4 L容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，发生如下反应：CO2(g)＋CH4(g)
2CO(g)＋2H2(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表：
| 物质 | CH4 | CO2 | CO | H2 |
| 体积分数 | 0.1 | 0.1 | 0.4 | 0.4 |
①此温度下该反应的平衡常数K= 。
②已知：CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) △H="-890.3" kJ·mol－1
CO(g)＋H2O (g)＝CO2(g)＋H2 (g) △H="2.8" kJ·mol－1
2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) △H="-566.0" kJ·mol－1
反应CO2(g)＋CH4(g)
2CO(g)＋2H2(g) 的△H= 。（2）以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。
①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是 。
②为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是 。
③将Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的离子方程式为 。
（3）以CO2为原料可以合成多种物质。
①聚碳酸酯是一种易降解的新型合成材料，它是由加聚而成。写出聚碳酸酯的结构简式： 。
②以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，CO2在铜电极上可转化为甲烷，该电极反应方程式为 。
SO3(g) +NO(g)，
为减小CO2对环境的影响，在限制其排放量的同时，应加强对CO2创新利用的研究。
（1）①把含有较高浓度CO2的空气通入饱和K2CO3溶液。②在①的吸收液中通高温水蒸气得到高浓度的CO2气体。写出②中反应的化学方程式__________________________。
（2）如将CO2与H2以1:3的体积比混合。
①适当条件下合成某烃和水，该烃是 （填序号）。
| A．烷烃 | B．烯烃 | C．炔烃 | D．苯的同系物 |
CH3OH(g)+H2O(g) △H=－49.0 kJ/mol。测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
从反应开始到平衡，v(H2)= ；氢气的转化率= ；能使平衡体系中n(CH3OH)增大的措施有__________________________________________________。
（3）如将CO2与H2以1:4的体积比混合，在适当的条件下可制得CH4。已知：
CH4 (g) +2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H1="―890.3" kJ/mol
H2(g) + 1/2O2(g)=H2O(l) △H2=－285.8 kJ/mol
则CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式是____________________。
（4）某同学用沉淀法测定含有较高浓度CO2的空气中CO2的含量，经查得一些物质在20℃的数据如下表。
| 溶解度（S）/g | 溶度积（Ksp） | ||
| Ca(OH)2 | Ba(OH)2 | CaCO3 | BaCO3 |
| 0.16 | 3.89 | 2.9×10－9 | 2.6×10－9 |
（说明：Ksp越小，表示该物质在水溶液中越易沉淀）
吸收CO2最合适的试剂是 (填“Ca(OH)2”或“Ba(OH)2”)溶液，实验时除需要测定工业废气的体积（折算成标准状况）外，还需要测定 。
合成氨然后再生产尿素是最重要的化工生产。
I．在3个2 L的密闭容器中，在相同的温度下、使用相同的催化剂分别进行反应：
3H2(g) + N2(g)
2NH3(g)，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时有关数据如下：
| 甲 | 乙 | 丙 | ||
| 反应物投入量 | 3 mol H2、2 mol N2 | 6 mol H2、4mol N2 | 2 mol NH3 | ||
| 达到平衡的时间/min | | 5 | 8 | ||
| 平衡时N2的浓度/mol·L－1 | c1 | 1.5 | | ||
| NH3的体积分数 | ω1 | | ω3 | ||
| 混合气体密度/g·L－1 | ρ1 | ρ2 | |
（1）容器乙中反应从开始到达平衡的反应速率为v(H2)=___________。
（2）在该温度下甲容器中反应的平衡常数K= (用含c1的代数式表示)。
（3）分析上表数据，下列关系正确的是________（填序号）：
a．2c1 > 1.5 b．2ρ1 = ρ2 c．ω3 = ω1
II．工业上用氨气合成尿素（H2NCONH2）的反应在进行时分为如下两步：
第一步：2NH3(l)＋CO2(g)
H2NCOONH4 (l) (氨基甲酸铵) △H1第二步：H2NCOONH4(l)
H2O(l)＋H2NCONH2(l) △H2 （4）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5 L密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如左下图I所示：
①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第 步反应决定。
②第二步反应的平衡常数K随温度T的变化如右上图II所示，则△H2 0；③若第一步反应升温时氨气浓度增大，请在图II中画出第一步反应K1随温度T变化曲线，并作出必要的标注。
（5）氨和尿素溶液都可以吸收硝工业尾气中的NO、NO2，将其转化为N2。
①尿素与NO、NO2三者等物质的量反应为：CO(NH2)2+NO+NO2 =CO2+2N2+2H2O
该反应中的氧化剂为 （写化学式）。
②已知：N2(g)+O2(g)= 2NO(g) △H ="a" kJ·mol－1
N2(g)+3H2(g)= 2NH3(g) △H2="bkJ·" kJ·mol－1
2H2(g)+O2(g)= 2H2O(g) △H=" c" kJ·mol－1
则4NH3(g) +4NO(g) +O2(g)= 4N2(g)+6H2O(g) △H= 。
③尿素燃料电池结构如下图所示。其工作时负极电极反应式可表示为 。
除去杂质后的水煤气主要含H2、CO，是理想的合成甲醇的原料气。
（1）生产水煤气过程中有以下反应：①C(s)+CO2(g)
2CO(g) △H1；
②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H2；③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H3；
上述反应△H3与△H1、△H2之间的关系为 。
（2）将CH4转化成CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为：2CH4(g)＋3O2(g)
4CO(g)＋4H2O(g) △H=－1038kJ/mol。工业上要选择合适的催化剂，分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验（其他条件相同）：
①X在750℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；
②Y在600℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；
③Z在440℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×106倍；
根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是 （填“X”或“Y”或“Z”），选择的理由是 ；
（3）请在答题卡中，画出（2）中反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。
（4）合成气合成甲醇的主要反应是：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H=－90.8kJ·mol－1，T℃下此反应的平衡常数为160。
此温度下，在密闭容器中开始只加入CO、H2，反应10min后测得各组分的浓度如下：
| 物质 | H2 | CO | CH3OH |
| 浓度/（mol·L－1） | 0.20 | 0.10 | 0.40 |
①该时间段内平均反应速率v(H2)= 。
②比较此时正、逆反应速率的大小：v(正) v (逆)（填“＞”、“＜”或“＝”）
（5）生产过程中，合成气要进行循环，其目的是 。
恒温恒容的容器内,不可作为可逆反应I2(g)+H2(g)
2HI(g)达到平衡状态的标志的是
| A．1 mol H—H键断裂,同时有2 mol H—I键断裂 | B．容器内气体的总压强不再变化 |
| C．H2的物质的量浓度不再变化 | D．混合气体的颜色不再变化 |
体积恒定的密闭容器中，反应2SO2(g)＋O2(g)
2SO3(g) △H <0达平衡后，采用下列措施一段时间后，既能增大逆反应速率又能使平衡向正方向移动的是
| A．通入大量O2 | B．增大容器容积 | C．移去部分SO3 | D．降低体系温度 |