题目内容

8．铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛，研究铁及其化合物的应用意义重大．回答下列问题：
（1）已知高炉炼铁过程中会发生如下反应：
FeO（s）+CO（g）═Fe（s）+CO2（g）△H1
Fe2O3（s）+$\frac{1}{3}$CO（g）═$\frac{2}{3}$Fe3O4（s）+$\frac{1}{3}$CO2（g）△H2
Fe3O4（s）+4CO（g）═3Fe（s）+4CO2（g）△H3
Fe2O3（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO2（g）△H4
则△H4的表达式为△H2+$\frac{2}{3}$△H3（用含△H1、△H2、△H3的代数式表示）．
（2）上述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：
温度250℃600℃1000℃2000℃
主要成分Fe2O3Fe3O4FeOFe
1600℃时固体物质的主要成分为FeO和Fe，该温度下若测得固体混合物中．
m（Fe）：m（O）=35：2，则FeO被CO还原为Fe的百分率为80%（设其它固体杂质中不含Fe、O元素）．
（3）铁等金属可用作CO与氢气反应的催化剂．已知某种催化剂可用来催化反应CO（g）+3H2（g）?CH4（g）+H2O（g）△H＜0．在T℃，106Pa时将l mol CO和3mol H2加入体积可变的密闭容器中．实验测得CO的体积分数x（CO）如表：
t/min01020304050
x（CO）0.250.230.2140.2020.1930.193
①能判断CO（g）+3H2（g）?CH4（g）+H2O（g）达到平衡的是bd（填序号）．
a．容器内压强不再发生变化     
b．混合气体的密度不再发生变化
c．v正（CO）=3v逆（H2）        
d．混合气体的平均相对分子质量不再发生变化
②达到平衡时CO的转化率为37.1%；
③图表示该反应CO的平衡转化率与温度、压强的关系．图中温度T1、T2、T3由高到低的顺序是T3＞T2＞T1，理由是正反应放热，在相同压强下，温度降低，平衡向正反应方向移动，CO的转化率越高．．

分析 （1）根据盖斯定律，将所给的反应②+③×$\frac{2}{3}$可得：Fe2O3（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO2（g），反应热做相应的变化即可；
（2）根据当1000℃时为FeO，在2000℃时为Fe来分析；设混合物中FeO的物质的量为xmol，Fe的物质的量为ymol，则有：$\frac{x+y}{x}=\frac{\frac{35}{56}}{\frac{2}{16}}$，即可求的x：y；
（3）①当一个量，在反应达平衡之前在变化，而后来不变了，则能说明反应达平衡；
②设反应达平衡时CO转化了xmol，根据三段式结合平衡时CO的体积分数来计算；
③反应CO（g）+3H2（g）?CH4（g）+H2O（g）△H＜0，温度越高，则平衡左移，CO的平衡转化率越低．

解答 解：（1）已知反应：Fe2O3（s）+$\frac{1}{3}$CO（g）═$\frac{2}{3}$Fe3O4（s）+$\frac{1}{3}$CO2（g）△H2  ②
                                         Fe3O4（s）+4CO（g）═3Fe（s）+4CO2（g）△H3 ③
根据盖斯定律，将所给的反应②+③×$\frac{2}{3}$可得：Fe2O3（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO2（g），故△H4=△H2+$\frac{2}{3}$△H3，
故答案为：△H2+$\frac{2}{3}$△H3
（2）根据当1000℃时为FeO，在2000℃时为Fe来分析；设混合物中FeO的物质的量为xmol，Fe的物质的量为ymol，则有：$\frac{x+y}{x}=\frac{\frac{35}{56}}{\frac{2}{16}}$，即可求得x：y=1：4，故剩余的FeO和被还原为铁的FeO的物质的量之比为1：4，则可知被还原的FeO的百分比为$\frac{4}{1+4}×100%=80%$ 
故答案为：FeO和Fe； 80%
（3）①a．由于此容器是个体积可变的容器，故为恒容的容器，则容器内压强一直不变，故不能作为反应达平衡的标志，故a错误；
 b．此反应在平衡前，气体的质量不变，但体积变小，故密度变大，故当混合气体的密度不再发生变化时能说明反应达平衡，故b正确；
c．反应达平衡的根本标志是v正=v逆，所以3v正（CO）=v逆（H2），故c错误；
d．在反应达平衡之前，混合气体的质量不变，但物质的量变小，故混合气体的平均相对分子质量在变小，故当不变时能说明反应达平衡，故d正确．
故选bd；
②设反应达平衡时CO转化了xmol，则根据三段式可知：
            CO（g）+3H2（g）?CH4（g）+H2O（g）
初始（n）：1mol     3mol      0         0
△n：xmol    3xmol     xmol      xmol
平衡（n）：（1-x）mol（3-3x）mol   xmol      xmol
结合平衡时CO的体积分数为0.193可知：$\frac{1-x}{4-2x}=0.193$，解得x=0.371，故达到平衡时CO的转化率为=$\frac{0.371mol}{1mol}$=37.1%
故答案为：37.1%
③反应CO（g）+3H2（g）?CH4（g）+H2O（g）△H＜0，温度越高，则平衡左移，CO的平衡转化率越低，根据图象可知，温度T3＞T2＞T1，
故答案为：T3＞T2＞T1；正反应放热，在相同压强下，温度降低，平衡向正反应方向移动，CO的转化率越高．

点评 本题综合考查了盖斯定律的应用、平衡常数的求算和图象的应用，综合性较强，一直是高考的常见题型，题目难度中等．

练习册系列答案
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3．已知A（g）+B（g）?C（g）+D（g）反应的平衡常数和温度的关系如下：
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（1）该反应平衡常数表达式为K=$\frac{c（C）•c（D）}{c（A）•c（B）}$；△H＜0（选填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）830℃时，向一个5L的密闭容器中充入0.20mol的A和0.80mol的B，若测得反应初始至6S内A的平均反应速率v（A）=0.002mol•L-1•S-1，则6S时c（A）=0.028 mol•L-1；C的物质的量为0.06mol．
（3）在与（2）相同的温度、容器及A、B配比下反应经一段时间后达到平衡，此时A的转化率为80%；保持温度、容器不变，再向密闭容器中充入0.20mol的A和0.80mol的B，此时A的转化率为80%；如果这时向该密闭容器中再充入1mol氩气，则平衡时A的转化率不变（选填“增大”、“减小”、“不变”）．
（4）判断该反应是否达到平衡的依据为ce（填正确选项的字母）．
a．压强不随时间改变
b．气体的密度不随时间改变
c．c（A）不随时间改变
d．单位时间里生成C和D的物质的量相等
e．单位时间内生成amolA的同时，消耗amolB
（5）1200℃时反应C（g）+D（g）?A（g）+B（g）的平衡常数的值为2.5．
13．往100mL的NaOH溶液中通入CO2充分反应后，在减压和较低温度下，小心地将溶液蒸干，得到白色固体M，通入CO2的体积（标准状况）与M的质量W的关系如图所示．试回答下列问题：
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（2）A点时，白色固体M的化学式为Na2CO3．通入CO2的体积为1120mL（（标准状况下）．
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20．氯化钠是一种重要的化工原料，电解氯化钠溶液可制得氯气、氢氧化钠等物质，发生的化学反应如下：2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl2↑+H2↑+2NaOH．现取一定质量的溶质质量分数为10%的氯化钠溶液进行电解，当氯化钠完全反应时，停止通电．生成氯气的质量与时间的关系如图所示．请计算：
（1）生成氢气0.2克
（2）反应后所得溶液中溶质的质量分数是7.3%（计算结果精确到0.1%）
17．利用下列实验用品：
①铁架台（含铁圈、各种铁夹）；②锥形瓶；③滴定管（酸式与碱式）；④烧杯（若干个）；⑤玻璃棒；⑥天平（含砝码）；⑦滤纸；⑧量筒；⑨漏斗Na2CO3固体；标准NaOH溶液；未知浓度盐酸；Na2CO3溶液．
进行下列实验或操作：
（1）做酸碱中和滴定时，还缺少的试剂是：指示剂（甲基橙或酚酞）、蒸馏水．
（2）配制250mL 0.1mol•L-1某溶液时，还缺少的仪器是：250mL容量瓶、胶头滴管．
（3）过滤时，应选用上述仪器中的①④⑤⑦⑨（填偏号）．
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途径Ⅱ：先制成水煤气，再燃烧水煤气：
C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）  （吸热Q2kJ）
2CO（g）+O2（g）$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO2（g）
2H2（g）+O2（g）$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2H2O（g）（共放热Q3kJ）
（1）判断途径Ⅰ放出的总热量等于（填“大于”“小于”或“等于”）途径Ⅱ放出的总热量．
（2）在制水煤气的反应中，反应物所具有的总能量小于（填“大于”“小于”或“等于”）生成物所具有的总能量，因此在反应时，反应物就需要吸收能量才能转化为生成物，其反应的条件为高温．
（3）简述煤通过途径Ⅱ作为燃料的意义：燃料燃烧充分，利用率高，放热多，污染小等．

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