Question

【題目】我國是個鋼鐵大國,鋼鐵產(chǎn)量為世界第一,高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法。

I.已知反應(yīng)Fe2O3(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO2(g) ΔH＝-23.5 kJ·mol-1，該反應(yīng)在

1000℃的平衡常數(shù)等于4。在一個容積為10L的密閉容器中,1000℃時加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1. 0mol,反應(yīng)經(jīng)過l0min后達(dá)到平衡。

（1）CO的平衡轉(zhuǎn)化率=____________

（2）欲提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率,促進(jìn)Fe2O3的轉(zhuǎn)化,可采取的措施是________

a．提高反應(yīng)溫度

b．增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng)

c．選取合適的催化劑

d．及時吸收或移出部分CO2

e．粉碎礦石,使其與平衡混合氣體充分接觸

Ⅱ.高爐煉鐵產(chǎn)生的廢氣中的CO可進(jìn)行回收,使其在一定條件下和H2反應(yīng)制備甲醇:

CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)。請根據(jù)圖示回答下列問題:

（1）從反應(yīng)開始到平衡,用H2濃度變化表示平均反應(yīng)速率v(H2)=________

（2）若在溫度和容器相同的三個密閉容器中,按不同方式投入反應(yīng)物,測得反應(yīng)達(dá)到平衡吋的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

容器	反應(yīng)物投入的量	反應(yīng)物的 轉(zhuǎn)化率	CH3OH的濃度	能量變化 (Q1、Q2、Q3均大于0)
甲	1mol CO和2mol H2	α1	c1	放出Q1kJ熱量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ熱量
丙	2mol CO和4mol H2	α3	c3	放出Q3kJ熱量

則下列關(guān)系正確的是________

A．c1=c2 B．2Q1=Q3 C．2α1=α3 D．α1+α2=1

E．該反應(yīng)若生成1mol CH3OH，則放出(Q1+Q2)kJ熱量

Ⅲ．以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛的研究，如圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖。回答下列問題：

（1）B極上的電極反應(yīng)式為

（2）若用該燃料電池做電源，用石墨做電極電解100mL 1mol/L的硫酸銅溶液，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時，理論上消耗的甲烷的體積為 （標(biāo)況下）。

Answer 1

【答案】I．（1）60％（2分） （2）d（2分）

Ⅱ．（1）0.15mol/(L·min) （2分）（單位出錯給1分）

（2） A D E (3分，有錯選不得分)

Ⅲ．（1） CH4+ 4O2——8e—= CO2+ 2H2O；（2分）

（2） 1.12 L（2分）

【解析】試題分析：I．（1）設(shè)消耗CO的物質(zhì)的量是xmol，則生成CO2的物質(zhì)的量也是xmol，因此平衡時CO和CO2的物質(zhì)的量分別是1—x和1＋x。則 根據(jù)平衡常數(shù)可知，解得x＝0.6，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率60%。

（2）a．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率降低，a錯誤；b．反應(yīng)前后體積不變，增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng)平衡不移動，轉(zhuǎn)化率不變，b錯誤；c．催化劑不能改變平衡狀態(tài)，則選取合適的催化劑不能改變轉(zhuǎn)化率，c錯誤；d．及時吸收或移出部分CO2，平衡向正反應(yīng)方向移動，轉(zhuǎn)化率增大，d正確；e．粉碎礦石，使其與平衡混合氣體充分接觸可以加快反應(yīng)速率，但不能影響平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)化率不變，e錯誤，答案選d。

Ⅱ．（1）根據(jù)圖像可知反應(yīng)進(jìn)行到10min時達(dá)到平衡狀態(tài)，生成甲醇的濃度是0.75mol/L，則根據(jù)方程式可知消耗氫氣的濃度是1.5mol/L，所以用氫氣表示的反應(yīng)速率為1.5mol/L÷10min＝0.15mol/（Lmin）。

（2）A、溫度和容器容積相等，則根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知甲和乙的平衡是等效的，則c1＝c2，A正確；B、丙相當(dāng)于在甲的基礎(chǔ)上再加入1molCO和2mol氫氣，壓強(qiáng)增大平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，所以2Q1＜Q3，B錯誤；C、根據(jù)B中分析可知2α1不一定等于α3，C錯誤；D、甲、乙平衡等效，則α1+α2＝1，D正確，答案選AD。

Ⅲ．（1）B電極通入甲烷轉(zhuǎn)化為CO2，這說明甲烷被氧化發(fā)生氧化反應(yīng)，則B電極是負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH4+4O2﹣﹣8e﹣=CO2+2H2O；

（2）硫酸銅的物質(zhì)的量是0.1mol，惰性電極電解時陽極是氫氧根放電產(chǎn)生氧氣。陰極是銅離子放電析出銅。當(dāng)銅離子完全放電后氫離子放電產(chǎn)生氫氣。當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時，這說明陰極有氫氣產(chǎn)生。設(shè)二者的物質(zhì)的量均是xmol，則根據(jù)電子得失守恒可知0.1×2＋2x＝4x，解得x＝0.1，即陽極產(chǎn)生0.1mol氧氣，轉(zhuǎn)移0.4mol電子，所以根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知理論上消耗的甲烷的物質(zhì)的量設(shè)0.4mol÷8＝0.05mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1.12L。