Question

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

I．已知：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566kJ/mol

2Fe(s)+ O2(g)=Fe2O3(s) △H=-825.5 kJ/mol

則，(1)反應：Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) △H=____________。

(2)反應 Fe2O3(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)在1000℃的平衡常數(shù)等于4.0。在一個容積為10L的密閉容器中，1000℃時加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol，反應經過l0min后達到平衡，則CO的平衡轉化率=____________。

II．高爐煉鐵產生的廢氣中的CO可進行回收，使其在一定條件下和H2反應制備甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。請根據圖示回答下列問題：

(1)從反應開始到平衡，用H2濃度變化表示平均反應速率v(H2)= _________，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=___________。

(2)若在溫度和容積相同的三個密閉容器中，按不同方式投入反應物，測得反應達到平衡吋的有關數(shù)據如下表：

則下列關系正確的是 ____________。

A. c1=c2 B.2Q1=Q3 C. 2a1=a3

D.a1+a2 =1 E.該反應若生成1mol CH3OH，則放出(Q1+Q2)kJ熱量

(3)若在一體積可變的密閉容器中充入l molCO、 2mol H2和1mol CH3OH，達到平衡吋測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍，則該反應向____________ (填“正”、“逆”)反應方向移動。

III．在一個密閉容器中，有一個左右可滑動隔板，兩邊分別進行可逆反應，各物質的物質的量分別如下：M、N、P為2.5mol、3.0mol、1.0mol。A、C、D各為0.50mol，B的物質的量為x mol，當x在一定范圍內變化，均可以通過調節(jié)反應器的溫度，使兩側反應均達到平衡，且隔板在反應器的正中位置。達到平衡后，測得M的轉化率為75%，填寫空白：

(1)達到平衡后，反應器左室氣體總的物質的量為____________mol。

(2)若要使右室反應開始時V正>V逆，x的取值范圍______________________。

(3)若要使右室反應開始時V正<V逆，x的取值范圍________________________。

Answer 1

【答案】△H=-23.5kJ/mol 60% 0.15mol/(L·min) △H=-91 kJ/mol ADE 正 3.5 2<x<3 1.5<x<2

【解析】

I．①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566kJ/mol

②2Fe(s)+ O2(g)=Fe2O3(s) △H=-825.5 kJ/mol

由蓋斯定律①×—②得到Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) △H=-566×+825.5=-23.5kJ/mol；

(2)假設平衡時CO的物質的量變化為nmol，則：

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

開始(mol)： 1 1

變化(mol)： n n

平衡(mol)： 1-n n+1

所以=4，解得n=0.6，則CO的平衡轉化率為；

II．(1)達到平衡時生成甲醇的物質的量c(CH3OH)=0.75mol/L，則消耗的c(H2)=2×0.75mol/L=1.5mol/L，v(H2)===0.15mol/(Lmin)，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=(419 kJ/mol)-(510kJ/mol)=-91kJ/mol；

(2)A.甲、乙相比較，把乙等效為開始加入1mol CO和2mol H2，甲乙是等效平衡，所以平衡時甲醇的濃度c1=c2，A正確；

B.甲、丙相比較，丙中反應物的物質的量為甲的2倍，壓強增大，對于反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，平衡向生成甲醇的方向移動，2Q1＜Q3，B錯誤；

C.甲、丙相比較，丙中反應物的物質的量為甲的2倍，壓強增大，對于反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，平衡向生成甲醇的方向移動，a1＜a3，C錯誤；

D.甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，而且反應方向相反，則α1+α2=1，D正確；

E.甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，而且反應方向相反，兩個方向轉化的和恰好為1mol，所以該反應若生成1mol CH3OH，則放出(Q1+Q2)kJ熱量，E正確；

故合理選項是ADE；

(3)反應前后氣體總質量不變，同溫、同壓下，達到平衡時，氣體密度增大，即氣體體積縮��；平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的.6倍，則總物質的量變?yōu)樵�先�?/span>倍，總物質的量=4×=2.5mol，反應前后減少了1.5mol，即化學反應向著正反應方向進行；

III．(1)左室中的可逆反應中，反應前后氣體的體積不變，則達到平衡時氣體的總物質的量不變，反應前M為2.5mol、P為1mol，總物質的量為：2.5mol+1mol=3.5mol，則達到平衡時氣體的物質的量也是3.5mol；

(2)達到平衡時左右可滑動隔板處于中間，說明達到平衡時左室和右室氣體的總物質的量相等，都是3.5mol，右室中的反應為氣體體積縮小的反應，當反應A(g)+4B(g)2C(g)+D(g)中最初加入的四種物質的物質的量為3.5mol，且平衡不移動時，B的物質的量最小，若滿足V正＞V逆，則B的物質的量大于：3.5mol-0.5mol×3=2；當達到平衡時氣體全部為C、D時，B的物質的量最大，根據反應A(g)+4B(g)2C(g)+D(g)，0.5molA完全反應消耗2molB，同時生成1molC、0.5molC，此時C的總物質的量為1mol+0.5mol=1.5mol，D的物質的量為0.5mol+0.5mol=1mol，總物質的量為：1.5mol+1mol=2.5mol，剩余的3.5-2.5mol=1mol為B時，B的物質的量最大，所以B的物質的量最大為：2mol+1mol=3mol，所以x是范圍為：2.0＜x＜3.0；

(3)達到平衡時左右可滑動隔板處于中間，說明達到平衡時左室和右室氣體的總物質的量相等，都為3.5mol，右室中的逆反應為體積增大的反應，當反應A(g)+4B(g)2C(g)+D(g)中最初加入的四種物質的物質的量為3.5mol，且平衡不移動，B的物質的量最大，若滿足V正＜V逆，則B的物質的量小于：3.5mol-0.5mol×3=2；當達到平衡時氣體全部為A、B時，B的物質的量最小，根據反應A(g)+4B(g)2C(g)+D(g)，0.5molC完全反應生成1molB，此時B的物質的量為：1mol+0.5mol，由于V正＜V逆，平衡向著逆向移動，則B的物質的量一定大于1.5mol，所以x是范圍為：1.5＜x＜2.0。