Question

高爐煉鐵是冶煉鐵的主要方法，發(fā)生的主要反應(yīng)為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H
（1）已知：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
則△H=

 

KJ?mol^-1．
（2）高爐煉鐵反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=

 

，溫度升高后，K值

 

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（3）在T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，在2L恒容密閉容器甲和乙中，分別按下表所示加入物質(zhì)，反應(yīng)經(jīng)過一段時間后達到平衡．

	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的平衡轉(zhuǎn)化率為

 

．
②下列說法正確的是

 

（填字母）．
A．當容器內(nèi)氣體密度恒定，表明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)
B．甲容器中CO的平衡時的速率小于乙容器中CO平衡時的速率
C．甲、乙容器中，CO的平衡濃度之比為3：2
D．增加Fe₂O₃的量可以提高CO的轉(zhuǎn)化率
（4）汽車尾氣是城市空氣污染的一個重要因素，一種CO分析儀的傳感器可測定汽車尾氣是否符合排放標準，該分析儀的工作原理類似燃料電池，其中電解質(zhì)是氧化釔（Y₂O₃）的氧化鋯（Z_rO₂）晶體，在高溫熔融狀態(tài)下能傳導O^2-（過程中無氣體產(chǎn)生），則負極的反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學電源新型電池,化學平衡常數(shù)的含義

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律構(gòu)造目標熱化學方程式計算反應(yīng)熱；
（2）平衡常數(shù)等于生成物的濃度系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積；根據(jù)溫度對平衡移動的影響判斷溫度對平衡常數(shù)的影響；
（3）①濃度商Qc=1，小于平衡常數(shù)，反應(yīng)向正反應(yīng)進行，令平衡時參加反應(yīng)的CO為xmol，利用三段式表示出平衡時各組分的物質(zhì)的量，根據(jù)平衡常數(shù)列方程計算，在結(jié)合轉(zhuǎn)化率定義計算；
 ②A．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，若容器內(nèi)氣體密度恒定時，標志反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；
B．乙相當于在甲平衡的基礎(chǔ)上加入1molCO，反應(yīng)速率加快；
C．乙容器內(nèi)濃度商Qc=0.125，小于平衡常數(shù)，反應(yīng)向正反應(yīng)進行，令平衡時乙中參加反應(yīng)的CO為ymol，利用三段式表示出平衡時各組分的物質(zhì)的量，根據(jù)平衡常數(shù)列方程計算，結(jié)合①中的計算判斷；
D．固體量增加不影響化學平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉(zhuǎn)化率；
（4）CO發(fā)生氧化反應(yīng)與O^2-結(jié)合生成CO₃^2-．

解答： 解：（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
依據(jù)蓋斯定律，①-②×3得Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），故△H=489.0kJmol^-1-3×172.5kJmol^-1=-28.5kJmol^-1，
故答案為：-28.5；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）的平衡常數(shù)K=

c3(CO2)

c3(CO)

；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進行，平衡常數(shù)減��；
故答案為：

c3(CO2)

c3(CO)

；減�。�
（3）①在T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，甲容器內(nèi)濃度商Qc=1，小于平衡常數(shù)，反應(yīng)向正反應(yīng)進行，設(shè)消耗一氧化碳物質(zhì)的量為x，則：
             Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：1                  1
變化量（mol）：x                  x
平衡量（mol）：1-x                1+x
反應(yīng)前后氣體體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故

(1+x)3

(1-x)3

=64，解得x=0.6，
故CO的轉(zhuǎn)化率=

0.6mol

1mol

×100%=60%
故答案為：60%；            
 ②A．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，若容器內(nèi)氣體密度恒定時，標志反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．乙相當于在甲平衡的基礎(chǔ)上加入1molCO，反應(yīng)速率加快，故乙容器中CO平衡時的速率更高，故B正確；
C．乙容器內(nèi)濃度商Qc=0.125，小于平衡常數(shù)，反應(yīng)向正反應(yīng)進行，令平衡時乙中參加反應(yīng)的CO為ymol，則：
            Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：2                 1
變化量（mol）：y                 y
平衡量（mol）：2-y               1+y
反應(yīng)前后氣體體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故

(1+y)3

(2-y)3

=64，解得y=1.4，故平衡時乙容器內(nèi)CO為2mol-1.4mol=0.6mol，由①中的計算可知平衡時，甲中CO為1mol-0.6mol=0.4mol，故甲、乙容器中CO的平衡濃度之比為0.4mol：0.6mol=2：3，故C錯誤；
D．Fe₂O₃為固體量，增加其用量，不影響化學平衡移動，不能提高CO的轉(zhuǎn)化率，故D錯誤，
故答案為：AB；
（4）負極CO發(fā)生氧化反應(yīng)與O^2-結(jié)合生成CO₃^2-，負極電極反應(yīng)式為：CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-，
故答案為：CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-．

點評：題目綜合性較大，涉及反應(yīng)熱計算、平衡常數(shù)計算及應(yīng)用、化學平衡計算、原電池原理等，難度中等，注意掌握平衡常數(shù)的應(yīng)用與三段式解題法．