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=+489.0 KJ·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(dá)式K=    ,溫度升高后,K值    (填“增大”、“不變”或“減小”)。

(3)在T℃時(shí),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(shí)間后達(dá)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(dāng)容器內(nèi)氣體密度恒定,表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

B.甲容器中CO的平衡時(shí)的速率小于乙容器中CO平衡時(shí)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(gè)重要因素,一種CO分析儀的傳感器可測(cè)定汽車尾氣是否符合排放標(biāo)準(zhǔn),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(ZrO2)晶體,在高溫熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2(過程中無(wú)氣體產(chǎn)生),則負(fù)極的反應(yīng)式為    。

 

 

【答案】

 

(1)-28.5kJ/mol  (2)  K=  ,減小 (3)①60% ②AB;  (4)CO-2e-+2O2-=CO32-

【解析】

試題分析:(1)①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1 =+489.0 KJ·mol-1 ①  C(石墨)+CO2 (g)=2CO(g)△H2 =+172.5KJ·mol-1 ②;由①-②×3,得到熱化學(xué)方程式:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=△H1-3△H2=-28.5kJ/mol;(2)反應(yīng)Fe2O3(s)+3CO(g)⇌2Fe(s)+3CO2(g)的平衡常數(shù)K=,正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱较,升溫平衡關(guān)系逆向移動(dòng),化學(xué)平衡常數(shù)減小;

(3)①令平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量變化為nmol,則:

             Fe2O3(s)+3CO(g)⇌Fe(s)+3CO2(g)

開始(mol): 1         1        1        1     

變化(mol): n         n        n        n

平衡(mol): 1-n       1-n      1+ n     1+ n

所以K==(n+1)3/(1-n)3=64,解得n=0.6,所以CO的平衡轉(zhuǎn)化率為0.6mol/1mol×100%=60%;②A.該容器的體積保持不變,根據(jù)質(zhì)量守恒定律知,反應(yīng)前后混合氣體的質(zhì)量會(huì)變,所以容器內(nèi)氣體的密度會(huì)變,當(dāng)容器中氣體的密度不再發(fā)生變化時(shí),能表明達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài),故A正確;B.該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積沒有變化的反應(yīng),增加反應(yīng)物氣體的物質(zhì)的量平衡不發(fā)生移動(dòng),但乙提高反應(yīng)物濃度,乙反應(yīng)容器中平衡是化學(xué)反應(yīng)速率加快,故B正確;C.該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積沒有變化的反應(yīng),增加反應(yīng)物氣體的物質(zhì)的量平衡不發(fā)生移動(dòng),甲、乙容器中,CO的平衡濃度之比為1:2 ;D.固體濃度保持不變,增加Fe2O3的量濃度不變,不能提高CO的轉(zhuǎn)化率。(4)通一氧化碳?xì)怏w的為負(fù)極,負(fù)極相關(guān)的化學(xué)方程式:CO-2e-+2O2-=CO32-

考點(diǎn):本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡的判斷、對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖象的分析等,難度中等,需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用知識(shí)分析問題、解決問題能力.

 

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A.冶煉鋼鐵常采用熱分解法
B.Q460是含鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素的合金鋼,其中鐵和錳不屬于主族元素
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