Question

（2011?南開(kāi)區(qū)二模）Ⅰ．高爐煉鐵過(guò)程中發(fā)生的主要反應(yīng)為：

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）
已知該反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù)如下：

溫度/℃	1000	1150	1300
平衡常數(shù)	4.0	3.7	3.5

請(qǐng)回答以下問(wèn)題：
（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c(CO2)

c(CO)

，△H=

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在體積為10L的密閉容器中，1000℃時(shí)加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反應(yīng)經(jīng)過(guò)10min后達(dá)到平衡，該時(shí)間范圍內(nèi)反應(yīng)的平均反應(yīng)速度v（CO₂）=

0.006mol/（L?min）

，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為

60%

．
Ⅱ．在氯氧化法處理含CN^-的廢水過(guò)程中，液氯在堿性條件下可以將氰化物氧化成氰酸鹽（其毒性?xún)H為氰化物的千分之一），氰酸鹽進(jìn)一步被氧化為無(wú)毒物質(zhì)．
（1）某廠廢水中含KCN，其濃度為650mg/L．現(xiàn)用氯氧化法處理，發(fā)生如下反應(yīng)（其中N均為-3價(jià)）：KCN+2KOH+Cl₂═KOCN+2KCl+H₂O，則被氧化的元素是

C

．
（2）投入過(guò)量液氯，可將氰酸鹽進(jìn)一步氧化為氮?dú)�，�?qǐng)配平下列化學(xué)方程式：

2

KOCN+

4

KOH+

3

Cl₂═

2

CO₂+

1

N₂+

6

KCl+

2

H₂O
（3）若處理上述廢水20L，使KCN完全轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)，至少需液氯

35.5

g．

Answer 1

分析：Ⅰ（1）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書(shū)寫(xiě)，注意固體、醇液體不需要寫(xiě)出；
由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，據(jù)此判斷；
（2）計(jì)算此時(shí)的濃度商Qc，判斷反應(yīng)進(jìn)行分析，令參加反應(yīng)的CO為amol，利用三段式用a表示出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)不變，利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式列方程計(jì)算a的值，進(jìn)而計(jì)算生成的二氧化碳，
根據(jù)v=

△n V

△t

計(jì)算v（CO₂）；
根據(jù)轉(zhuǎn)化率等于計(jì)算CO的平衡轉(zhuǎn)化率；
Ⅱ、（1）化合價(jià)升高的元素被氧化；
（2）反應(yīng)中KOCN→N₂，N元素化合價(jià)由-3價(jià)升高為0價(jià)，共升高6價(jià)，Cl₂→KCl，Cl元素化合價(jià)由0價(jià)降低為-1價(jià)，共降低2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為6，故N₂系數(shù)為1，Cl₂系數(shù)為3，結(jié)合原子守恒配平其它物質(zhì)的系數(shù)；
（3）計(jì)算廢水中KCN的質(zhì)量，再根據(jù)n=

m

M

計(jì)算KCN的物質(zhì)的量，使KCN完全轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)，生成CO、N₂，整個(gè)過(guò)程中C元素化合價(jià)由+2價(jià)升高為+4價(jià)，N元素化合價(jià)由-3價(jià)升高為0價(jià)，Cl元素化合價(jià)由0價(jià)降低為-1價(jià)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算n（Cl₂），再根據(jù)m=nM計(jì)算需要氯氣的質(zhì)量．

解答：解：Ⅰ（1）可逆反應(yīng)：

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式k=

c(CO2)

c(CO)

，
由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：

c(CO2)

c(CO)

；＜；
（2）此時(shí)濃度商Qc=1，小于平衡常數(shù)4，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，令參加反應(yīng)的CO為amol，則：
           

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）
開(kāi)始（mol）：1               1
變化（mol）：a               a
平衡（mol）：1-a             1+a
反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)不變，利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故

1+a

1-a

=4，解得a=0.6，
故v（CO₂）=

0.6mol 10L

10min

=0.006mol/（L?min）；
CO的平衡轉(zhuǎn)化率為

0.6mol

1mol

×100%=60%，
故答案為：0.006mol/（L?min）；60%；
Ⅱ、（1）反應(yīng)中C元素化合價(jià)由KCN中+2價(jià)升高為KOCN中+4價(jià)，C元素被氧化，
故答案為：C；
（2）反應(yīng)中KOCN→N₂，N元素化合價(jià)由-3價(jià)升高為0價(jià)，共升高6價(jià)，Cl₂→KCl，Cl元素化合價(jià)由0價(jià)降低為-1價(jià)，共降低2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為6，故N₂系數(shù)為1，Cl₂系數(shù)為3，結(jié)合原子守恒配平其它物質(zhì)的系數(shù)，平衡后方程式為：2KOCN+4KOH+3Cl₂═2CO₂+N₂+6KCl+2H₂O，
故答案為：2、4、3、2、1、6、2；
（3）廢水中KCN的質(zhì)量為650mg/L×20L=13000mg=13g，物質(zhì)的量為

13g

65g/mol

=0.2mol，使KCN完全轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)，應(yīng)生成CO、N₂，整個(gè)過(guò)程中C元素化合價(jià)由+2價(jià)升高為+4價(jià)，N元素化合價(jià)由-3價(jià)升高為0價(jià)，Cl元素化合價(jià)由0價(jià)降低為-1價(jià)，電子轉(zhuǎn)移守恒可知2×n（Cl₂）=0.2mol×（4-2）+0.2mol×[0-（-3）]，解得n（Cl₂）=0.5mol，故需要氯氣的質(zhì)量為0.5mol×71g/mol=35.5g，
故答案為：35.5．

點(diǎn)評(píng)：本題屬于拼合型題目，涉及化學(xué)平衡常數(shù)及影響因素、反應(yīng)速率計(jì)算、氧化還原反應(yīng)基本概念及配平、計(jì)算等，難度中等，注意Ⅱ（3）中根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算，可以簡(jiǎn)化計(jì)算．