Question

（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

kJ?mol^-1，炼铁反应平衡常数K随温度升高而

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
甲	1.0mol	1.0mol	1.0mol	1.0mol
乙	1.0mol	2.0mol	1.0mol	1.0mol

①甲容器中CO的平衡转化率为

60%

．
②下列说法正确的是

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

．
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	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	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： 空	空

Answer 1

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到需要的热化学方程式；计算分析炼铁反应是放热反应，温度升高平衡逆向进行，平衡常数K随温度升高而减小；
（2））①在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲中，加入物质反应达到平衡，依据平衡三段式列式计算结合转化率概念计算得到；
②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
a．固体量增加不影响化学平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的转化率；
b．乙容器中一氧化碳增加，相当于增大压强，反应前后体积不变，甲容器中CO的平衡转化率等于乙的转化率；
c．依据平衡三段式计算平衡物质的量；计算甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比；
d．反应前后气体质量变化，体积不变，若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态；
（3）①提纯后的铁矿粉含氧化铁、氧化亚铁中的一种或两种，以此分析判断；
②依据溶解后溶液中的铁离子和亚铁离子实验检验方法设计实验，依据反应现象判断样品成分．

解答：解：（1）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
由盖斯定律①-②×③得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ?mol^-1，
则炼铁反应是放热反应，温度升高平衡逆向进行，平衡常数K随温度升高而减小，
故答案为：-28.5；减小；
（2）①在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲中，加入物质反应达到平衡，设消耗一氧化碳物质的量为x
              Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）  1          1         1        1
变化量（mol）             x          x
平衡量（mol）            1-x        1+x
K=

c3(CO2)

c3(CO)

=

(1+x)3

(1-x)3

=64，解得x=0.6mol，
转化率=

0.6mol

1mol

×100%=60%，
故答案为：60%；
②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
a．固体量增加不影响化学平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的转化率，故a错误；
b．乙容器中一氧化碳增加，相当于增大压强，反应前后体积不变，甲容器中CO的平衡转化率等于乙的转化率，故b错误；
c．甲容器中平衡一氧化碳物质的量为0.4mol；乙容器中结合平衡常数计算得到消耗一氧化碳为1.4mol，平衡物质的量为0.6mol，甲和乙容器中CO的平衡浓度之比为0.4+0.6=2：3；故c正确；
d．反应前后气体质量变化，体积不变，若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态，故d正确；
故答案为：cd；
（3）①提纯后的铁矿粉含氧化铁、氧化亚铁中的一种或两种，依据假设1和假设2可知，假设3既含氧化亚铁又含氧化铁，
故答案为：既含氧化亚铁又含氧化铁；
②样品溶解后的溶液，步骤2取少量溶液于试管中加入几滴硫氰酸钾溶液，若呈红色证明含有氧化铁，若不呈红色证明不含氧化铁；步骤3另取少量溶液与试管中加入高锰酸钾溶液若褪色证明含亚铁离子，若高锰酸钾溶液不褪色证明不含有亚铁离子，
故答案为：

实验操作	预期现象及结论
步骤2：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
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	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

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用，平衡常数计算应用，化学平衡三段式列式计算方法，原电池原理的分析判断，物质组成的实验探究实验方法，题目难度中等．