Question

13．高爐煉鐵是冶煉鐵的主要方法，發生的主要反應為Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1．
（1）已知：①Fe₂O₃+3C（石墨，s）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1②C（石墨，s）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1則a=-28.5kJ•mol^-1．
（2）冶煉鐵反應的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，溫度升高后，K值減小（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（3）在T℃時，該反應的平衡常數K=64，在2L的恒容密閉容器甲和乙中，分別按照如表所示數據加入物質，反應經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的平衡轉化率為60%．
②下列說法正確的是AB（填字母）
a．容器內氣體密度恒定時，標志反應達到平衡狀態   
b．甲容器中CO的平衡轉化率大于乙的     
c．甲、乙兩容器中，CO的平衡濃度之比為2：3   
d．增加Fe₂O₃的量可以提高CO的轉化率
（4）采取一定措施可防止鋼鐵腐蝕．下列裝置中的燒杯里盛有等濃度、等體積的NaCl溶液．
①在a～c裝置中，能保護鐵的是bc（填字母）．
②若用d裝置保護鐵，X極的電極材料應是鋅（填名稱）．

Answer 1

分析 （1））①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），依據熱化學方程式和蓋斯定律計算；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1依據平衡常數概念寫出表達式，反應是吸熱反應，升溫平衡逆向進行；
（3）①在T℃時，該反應的平衡常數K=64，在2L恒容密閉容器甲中，加入物質反應達到平衡，依據平衡三段式列式計算結合轉化率概念計算得到；
 ②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
A．反應前后氣體質量變化，體積不變，若容器內氣體密度恒定時，標志反應達到平衡狀態；
B．乙容器中一氧化碳增加，相當于增大壓強，反應前后體積不變，甲容器中CO的平衡轉化率等于乙的轉化率，速率甲小于乙；
C．依據平衡三段式計算平衡物質的量；計算甲、乙容器中，CO的平衡濃度之比；
D．固體量增加不影響化學平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉化率．
（4）①原電池的正極和電解池的陰極可以得到保護；
②裝置為原電池，若用d裝置保護鐵，X極的電極材料應比鐵活潑．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
由蓋斯定律①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，故答案為：-28.5；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，平衡常數K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數減小，
故答案為：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；減小；
（3）①在T℃時，該反應的平衡常數K=64，在2L恒容密閉容器甲中，加入物質反應達到平衡，設消耗一氧化碳物質的量為x
             Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol） 1         1         1         1
變化量（mol）           x                   x
平衡量（mol）          1-x                 1+x
K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=$\frac{（1+x）^{3}}{（1-x）^{3}}$=64，計算得到x=0.6
轉化率=60%，故答案為：60%；            
 ②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
A．反應前后氣體質量變化，體積不變，若容器內氣體密度恒定時，標志反應達到平衡狀態，故A正確；
B．乙容器中一氧化碳增加，將乙中CO用K=64，代入三段式計算求得CO減少了1.7mol，故CO的轉化率為$\frac{1.7}{2.0}$×100%=70%，反應速率乙大，故B正確；
C．甲容器中平衡一氧化碳物質的量為0.4mol；乙容器中結合平衡常數計算得到消耗一氧化碳為1.4mol，平衡物質的量為0.6mol，甲和乙容器中CO的平衡濃度之比為0.4+0.6=2：3；故C錯誤；
D．固體量增加不影響化學平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉化率，故D錯誤；
故答案為：AB；
（4）①裝置中原電池的正極和電解池的陰極可以得到保護，a中Fe作陽極被腐蝕，b中Fe作陰極被保護，c中Fe作正極被保護，則bc可以保護鐵，故答案為：bc；
②裝置為原電池，若用d裝置保護鐵，X極的電極材料應比鐵活潑可以選擇鋅，故答案為：鋅．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律計算應用，平衡常數計算應用，化學平衡三段式列式計算方法，題目難度中等．