高炉炼铁是冶炼铁的主要方法.发生的主要反应为:Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe(s)+3CO2(g)△H=a kJ•mol-1．(1)已知:①Fe2O3+3CO(g)△H1=+489.0kJ•mol-1,②C+CO2△H2=+172.5kJ•mol-1．则a=-28.5．(2)冶炼铁� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

12．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）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe（s）+3CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1．
（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（s，石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1；
②C（s，石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1．则a=-28.5．
（2）冶炼铁反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，温度升高后，K值减小（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（3）在T℃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	2.0	1.0	1.0

①甲容器中CO的平衡转化率为60%．
②下列说法正确的是ad（填字母）．
a．若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态
b．增加Fe₂O₃的量，可以提高CO的转化率
c．甲容器中CO的平衡转化率大于乙的平衡转化率
d．甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比为2：3
（4）采取一定措施可防止钢铁腐蚀．下列装置中的烧杯里均盛有等浓度、等体积的NaCl溶液．
①在a、b、c装置中能保护铁的是bc（填字母）．
②若用d装置保护铁，X极的电极材料应是锌（填名称）．

（5）25℃时有关物质的溶度积如下：K_sp[Mg（OH）₂]=5.61×10^-12，K_sp[Fe（OH）₃]=2.64×10^-39．25℃时，向含有Mg²⁺、Fe³⁺的溶液中滴加NaOH溶液，当两种沉淀共存且溶液的pH=8时，c（Mg²⁺）：c（Fe³⁺）=2.215×10²¹．

分析（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1；①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g），以此计算反应的焓变
（2）K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，固体不能代入K的表达式中；该反应是放热反应，升高温度，化学平衡逆向移动；
（3）①在T℃时，该反应的平衡常数K=64，甲容器内浓度商Qc=1，小于平衡常数，反应向正反应进行，设消耗一氧化碳物质的量为x，则：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：1                     1
变化量（mol）：x                     x
平衡量（mol）：1-x                  1+x
故$\frac{（1+x）^{3}}{（1-x）^{3}}$=64，解得x=0.6，
以此计算CO的转化率；
②a．反应前后气体质量变化，体积不变，密度为变量；
b．Fe₂O₃为固体量，增加其用量，不影响化学平衡移动；
c．乙相当于在甲平衡的基础上加入1molCO，反应速率加快；
d．乙容器内浓度商Qc=0.125，小于平衡常数，反应向正反应进行，令平衡时乙中参加反应的CO为ymol，则：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：2                         1
变化量（mol）：y                         y
平衡量（mol）：2-y                     1+y
反应前后气体体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，故$\frac{（1+y）^{3}}{（2-y）^{3}}$=64，解得y=1.4，故平衡时乙容器内CO为2mol-1.4mol=0.6mol，由①中的计算可知平衡时，甲中CO为1mol-0.6mol=0.4mol，；
（4）①a装置中铁连接电源的正极，为阳极，发生氧化反应；
b装置中铁连接电源的负极，为阴极，能保护铁不被腐蚀；
c装置中，锌比铁活泼，锌作负极，铁被保护；
②若d装置能够保护铁，则X的活泼性应比铁活泼，使右侧装置为原电池，左侧装置为电解池，构成外接电源的阴极保护法，X可以是Zn、Al等活泼的金属；
（5）根据氢氧化镁和氢氧化铁的溶解平衡以及溶度积表达式，则当两种沉淀共存且溶液的pH=8时，结合Ksp计算．

解答解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1；①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g），根据盖斯定律得到反应的焓变△H=+489.0kJ•mol^-1-3×（+172.5kJ•mol^-1）=-28.5kJ•mol^-1．
即a=-28.5，
故答案为：-28.5；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe（s）+3CO₂（g）的平衡常数K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，该反应是放热反应，升高温度，化学平衡逆向移动，该反应的平衡常数K值将减小，
故答案为：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；减小；
（3）①在T℃时，该反应的平衡常数K=64，甲容器内浓度商Qc=1，小于平衡常数，反应向正反应进行，设消耗一氧化碳物质的量为x，则：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：1                     1
变化量（mol）：x                     x
平衡量（mol）：1-x                  1+x
反应前后气体体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，故$\frac{（1+x）^{3}}{（1-x）^{3}}$=64，解得x=0.6，
故CO的转化率=$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%
故答案为：60%；
②a．反应前后气体质量变化，体积不变，若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态，故a正确；
b．Fe₂O₃为固体量，增加其用量，不影响化学平衡移动，不能提高CO的转化率，故b错误；
c．乙相当于在甲平衡的基础上加入1molCO，反应速率加快，故乙容器中CO平衡时的速率更高，故c错误；
d．乙容器内浓度商Qc=0.125，小于平衡常数，反应向正反应进行，令平衡时乙中参加反应的CO为ymol，则：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：2                         1
变化量（mol）：y                         y
平衡量（mol）：2-y                     1+y
反应前后气体体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，故$\frac{（1+y）^{3}}{（2-y）^{3}}$=64，解得y=1.4，故平衡时乙容器内CO为2mol-1.4mol=0.6mol，由①中的计算可知平衡时，甲中CO为1mol-0.6mol=0.4mol，故甲、乙容器中CO的平衡浓度之比为0.4mol：0.6mol=2：3，故d正确；
故答案为：ad；
（4）①a装置中铁连接电源的正极，为阳极，发生氧化反应，加速其腐蚀，a错误；b装置中铁连接电源的负极，为阴极，能保护铁不被腐蚀，是外接电源的阴极保护法，b正确；c装置中，锌比铁活泼，锌作负极，铁被保护，是牺牲阳极的阴极保护法，c正确，
故答案为：bc；
②若d装置能够保护铁，则X的活泼性应比铁活泼，使右侧装置为原电池，左侧装置为电解池，构成外接电源的阴极保护法，X可以是Zn、Al等活泼的金属，
故答案为：锌；
（5）根据氢氧化镁和氢氧化铁的溶解平衡以及溶度积表达式，则当两种沉淀共存且溶液的pH=8时，
c（Mg²⁺）=$\frac{Ksp}{c（O{H}^{-}）^{2}}$=$\frac{5.61×1{0}^{-12}}{1{0}^{-12}}$═5.61mol/L，
c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp}{c（O{H}^{-}）^{3}}$=$\frac{2.64×1{0}^{-39}}{1{0}^{-18}}$=2.64×10^-21mol/L，
所以 c（Mg²⁺）：c（Fe³⁺）=5.61：2：64×10^-21=2.215×10²¹，
故答案为：2.215×10²¹．