Question

【題目】鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，目前比較先進(jìn)的天然氣豎爐冶鐵工藝流程如下圖所示：

（1）催化反應(yīng)室發(fā)生的反應(yīng)為：

ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H=+206kJ/mol

ⅱ.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H=+247kJ/mol。

① 催化反應(yīng)室可能發(fā)生的副反應(yīng)有CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)，則該反應(yīng)的△H=____。

② 催化反應(yīng)室的溫度通常需維持在550～750℃之間，從化學(xué)反應(yīng)速率角度考慮，其主要目的是________。

③ 在催化反應(yīng)室中，若兩反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器中n(CH4)=0.2mol,n(CO)=0.3mol，n(H2)=0.5mol，則通入催化反應(yīng)室CH4的起始物質(zhì)的量為______mol（不考慮副反應(yīng)）。

（2）還原反應(yīng)室發(fā)生的反應(yīng)為：

ⅰ.Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) △H=-25kJ/mol

ⅱ.Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g) △H=+98kJ/mol

① 下列措施中能使反應(yīng)i平衡時(shí)增大的是______（填字母）。

A．增大壓強(qiáng) B．降低溫度 C．充入一定量氮?dú)?D．增加Fe2O3(s)用量

E．增大CO的濃度 F．加入合適的催化劑

②若在1000℃下進(jìn)行反應(yīng)1(該溫度下化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)為64), CO起始濃度為量2mol/L(Fe2O3過(guò)量)，則CO的轉(zhuǎn)化率為_______。

③天然氣豎爐冶鐵相對(duì)于傳統(tǒng)焦炭冶鐵，該冶鐵工藝的優(yōu)點(diǎn)是_________。

（3）鐵鈦合金是一種常用的不銹鋼材料，某同學(xué)在探究該合金的性質(zhì)時(shí)，往含有TiO2+、Fe3+溶液中加入鐵屑至溶液顯紫色，該過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)有：①2Fe3++Fe=3Fe2+

②Ti3+(紫色)+Fe3++H2O=TiO2+(無(wú)色)+Fe2++2H+

③________________。

Answer 1

【答案】 +165kJ/mol 一定溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性越大，維持反應(yīng)速率較快(合理即給分) 0.4mol B 80% 生成的部分CO2及水蒸氣可循環(huán)利用；該工藝中較大比例的H2作還原劑，可減少CO2的排放(只要答一點(diǎn)即可) 2TiO2++Fe+4H+=2Ti3++Fe2++2H2O

【解析】（1）①考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算，利用蓋斯定律進(jìn)行判斷，即有i×2－ii，得出△H=(206×2－247)kJ·mol－1=＋165kJ·mol－1；②考查催化劑的催化效率，在一定溫度范圍內(nèi)催化劑的活性最大，化學(xué)反應(yīng)速率加快；③本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

變化量：x x x 3x

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

變化量：y y 2y 2y

則有：x＋2y=0.3，3x＋2y=0.5，解得x=y=0.1mol，則起始時(shí)通入甲烷的量(0.1＋0.1＋0.2)mol=0.4mol；（2）①考查影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素，A、增大壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，比值不變，故A錯(cuò)誤；B、正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即c(CO2)增大，c(CO)減小，因此比值增大，故B正確；C、因?yàn)榉磻?yīng)前后氣體系數(shù)之和相同，通入非反應(yīng)氣體，化學(xué)平衡不移動(dòng)，即比值不變，故C錯(cuò)誤；D、氧化鐵是固體，濃度視為常數(shù)，增加氧化鐵的量，平衡不移動(dòng)，即比值不變，故D錯(cuò)誤；E、根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)K=c3(CO2)/c3(CO)，溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)不變，即通入CO2，比值不變，故E錯(cuò)誤；F、使用催化劑，對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)沒(méi)有影響，即比值不變，故F錯(cuò)誤；②考查化學(xué)平衡的計(jì)算，令達(dá)到平衡時(shí)，CO的濃度為amol·L－1，根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式，K=(2－a)3/a3=64，解得a=0.4mol·L－1，則消耗CO的物質(zhì)的量濃度為(2－0.4)mol·L－1=1.6mol·L－1，其轉(zhuǎn)化率為1.6/2×100%=80%；③考查流程的優(yōu)點(diǎn)，生成的部分CO2及水蒸氣可循環(huán)利用；該工藝中較大比例的H2作還原劑，可減少CO2的排放；（3）③加入鐵屑至溶液出現(xiàn)紫色，說(shuō)明溶液中Ti元素以Ti3＋形式的存在，假如鐵屑，把TiO2＋中Ti還原成Ti3＋，根據(jù)信息①，鐵元素以Fe2＋形式存在，因?yàn)槿芤猴@酸性，因此離子反應(yīng)方程式為2TiO2＋+Fe+4H＋=2Ti3＋+Fe2＋+2H2O。