Question

11．鐵及碳的化合物在社會生產(chǎn)、生活中有著廣泛的應(yīng)用．請回答下列問題：
（1）磁鐵礦是工業(yè)上冶煉鐵的原料之一．
已知：①Fe₃O₄（s）+4C（s）?3Fe（s）+4CO（g）△H=+646.0kJ•mol^-1
②C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172.5kJ•mol^-1
則Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-44.0kJ/mol．
（2）反應(yīng)Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H的平衡常數(shù)為K，在不同溫度下，K值如下：

溫度/K	973	1173	1373	1573
K	1.47	2.15	3.36	8.92

①從表中數(shù)據(jù)可推斷，該反應(yīng)是吸熱（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)．
②溫度為973K時，在某恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)．下列有關(guān)說法能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是BD（填字母）．
A．c（CO₂）=c（CO）                B．v_正（CO₂）=v_逆（CO）
C．體系壓強不變                    D．混合氣體中c（CO）不變
（3）如圖圖1、2表示反應(yīng)：H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H＞0有關(guān)量與反應(yīng)時間之間的關(guān)系：

①圖2中若t₁=0.5min，則0～t₁時間段內(nèi)，H₂O的平均反應(yīng)速率v（H₂O）=0.006mol•L^-1•s^-1．
②圖1中t₂時刻改變的條件是加入催化劑或增大壓強（任寫兩種，下同）；圖2中t₂時刻改變的條件是降低溫度或增大水蒸氣濃度或減小氫氣濃度．
（4）水煤氣中的CO和H₂均可作為燃料電池的燃料．若在某燃料電池一極通入CO，另一極通入O₂和CO₂，熔融碳酸鈉作為電解質(zhì)，工作時負極反應(yīng)式為CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂；若使用該電池電解熔融Al₂O₃制取10.8g Al，則理論上需要氧氣的體積為6.72L
（標準狀況下）．

Answer 1

分析 （1）發(fā)生反應(yīng)：Fe₃O₄+4CO=3Fe+4CO₂，根據(jù)蓋斯定律書寫目標熱化學(xué)方程式；
（2）①升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向，根據(jù)平衡常數(shù)變化確定反應(yīng)熱；
②當(dāng)可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度及由此引起的一系列物理量不變；
（3）①圖2中若t₁=0.5min，則0～t₁時間段內(nèi)，CO的平均反應(yīng)速率v（CO）=$\frac{（0.05-0.02）}{0.5}$=
0.06mol/（L．min）=0.001mol•L^-1•s^-1 ，同一化學(xué)反應(yīng)中同一段時間內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比；
②圖1中t₂時刻改變的條件是催化劑或壓強；圖2中t₂時刻改變的條件是降低溫度或增大水蒸氣濃度或減小氫氣濃度；
（4）以CO為燃料制作燃料電池，負極上CO失去電子，電解熔融Al₂O₃，利用電子守恒計算．

解答 解：（1）已知：①Fe₃O₄（s）+4C（石墨）?3Fe（s）+4CO（g）△H=+646.0kJ/mol
②C（石墨）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172.5kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-②×4可得Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g），故△H=+646.0kJ/mol-4×（+172.5kJ/mol）=-44.0kJ/mol，故反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-44.0kJ/mol，
故答案為：-44.0kJ/mol；
（2）①升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，升高溫度平衡常數(shù)增大，平衡正向移動，則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故答案為：吸熱；
②當(dāng)可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度及由此引起的一系列物理量不變，
A．c（CO₂）=c（CO）時正逆反應(yīng)速率不一定相等，反應(yīng)不一定達到平衡平衡狀態(tài)，故錯誤；              
B．v_正（CO₂）=v_逆（CO）=v_正（CO），正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故正確；
C．反應(yīng)前后氣體計量數(shù)之和不變，所以無論是否達到平衡狀態(tài)，體系壓強不變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；                    
D．混合氣體中c（CO）不變，正逆反應(yīng)速率不變，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故正確；
故選BD；
（3）①圖2中若t₁=0.5min，則0～t₁時間段內(nèi)，CO的平均反應(yīng)速率v（CO）=$\frac{（0.05-0.02）}{0.5}$=
0.006mol•L^-1•s^-1 ，同一化學(xué)反應(yīng)中同一段時間內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比，所以v（H₂O）=v（CO）=0.005mol•L^-1•s^-1，
故答案為：0.006mol•L^-1•s^-1；
②圖1中t₂時刻改變的條件時正逆反應(yīng)速率都增大且正逆反應(yīng)速率相等，所以改變的條件是催化劑或壓強；圖2中t₂時刻改變的條件時，二氧化碳濃度增大、CO濃度降低，平衡逆向移動，改變的條件是降低溫度或增大水蒸氣濃度或減小氫氣濃度，
故答案為：加入催化劑或增大壓強；降低溫度或增大水蒸氣濃度或減小氫氣濃度；
（4）以CO為燃料制作燃料電池，負極上CO失去電子，負極反應(yīng)式為CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂，電解熔融Al₂O₃，由電子守恒可知，4Al～12e^-～3O₂，理論上需要氧氣的體積為$\frac{10.8g}{27g/mol}$×$\frac{3}{4}$×22.4L/mol=6.72L，
故答案為：CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂；6.72．

點評 本題考查圖象分析、蓋斯定律、化學(xué)平衡計算、原電池原理等知識點，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，為高頻考點，會根據(jù)圖中v-t圖象確定改變的條件，易錯點是電極反應(yīng)式的書寫，題目難度中等．