Question

13．我國(guó)是個(gè)鋼鐵大國(guó)，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）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-23.5kJ•mol^-1，該反應(yīng)在1000℃的平衡常數(shù)等于64．在一個(gè)容積為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l0min后達(dá)到平衡．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d
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(shí)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(qǐng)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）=0.15mol/（L•min）
（2）若在溫度和容器相同的三個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，測(cè)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AD
A．c₁=c₂B．2Q₁=Q₃C．2α₁=α₃D．α₁+α₂=1
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，圖三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CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O
（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(shí)，理論上消耗的甲烷的體積為1.12L（標(biāo)況下）．

Answer 1

分析 I．a(chǎn)．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)；
b．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)；
c．加入合適的催化劑，平衡不移動(dòng)；
d．移出部分CO₂，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)；
e．粉碎礦石，使其與平衡混合氣體充分接觸，平衡不移動(dòng)；
Ⅱ（1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）；
（2）A．甲、乙是完全等效平衡，平衡時(shí)各組分的濃度相等；
B．丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎(chǔ)上再加入1mol CO和2mol H₂，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，丙中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率大于甲；
C．丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎(chǔ)上再加入1mol CO和2mol H₂，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增大，但2α₁不一定等于α₃ ；
D．CO的轉(zhuǎn)化率為α₁，則平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為（1-α₁）mol，乙中平衡時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為α₂，乙中平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為α₂mol，甲與乙是完全等效平衡，平衡時(shí)對(duì)應(yīng)各組分的含量完全相同；
Ⅲ（1）B為負(fù)極，總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+=CO₂+2H₂O，正極反應(yīng)式為：2O₂+8e^-=4O^2-，兩式相減可得負(fù)極電極反應(yīng)式；
（2）開始階段發(fā)生反應(yīng)：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，銅離子完全放電后，發(fā)生反應(yīng)2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時(shí)，即氫氣與氧氣的體積相等，令是氫氣為xmol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒列方程計(jì)算，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算消耗的甲烷．

解答 解：Ia．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故b錯(cuò)誤；
c．加入合適的催化劑，平衡不移動(dòng)，故c錯(cuò)誤；
d．移出部分CO₂，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故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，但平衡不移動(dòng)，故e錯(cuò)誤；
故答案為：d；
Ⅱ（1）由圖可知，達(dá)到平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，則v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L．min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，v（H₂）=2v（CH₃OH）=0.15mol/（L•min），
故答案為：0.15mol/（L•min）；
（2）A．甲、乙是完全等效平衡，平衡時(shí)各組分的濃度相等，所以平衡時(shí)甲醇的濃度c₁=c₂，故A正確；
B．丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎(chǔ)上再加入1mol CO和2mol H₂，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，丙中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率大于甲，丙中參加反應(yīng)的CO大于甲中的2倍，故2Q₁＜Q₃，故B錯(cuò)誤；
C．丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎(chǔ)上再加入1mol CO和2mol H₂，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，丙中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率大于甲，但2α₁不一定等于α₃ ，故C錯(cuò)誤；
D．甲與乙是完全等效平衡，平衡時(shí)對(duì)應(yīng)各組分的含量完全相同，CO的轉(zhuǎn)化率為α₁，則平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為（1-α₁）mol，乙中平衡時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為α₂，乙中平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為α₂mol，故（1-α₁）=α₂，整理得α₁+α₂=1，故D正確；
故選AD；
Ⅲ（1）總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+=CO₂+2H₂O，正極反應(yīng)式為：2O₂+8e^-=4O^2-，兩式相減，負(fù)極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O；
（2）硫酸銅的物質(zhì)的量=0.1L×1mol/L=0.1mol，開始階段發(fā)生反應(yīng)：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，銅離子完全放電后，發(fā)生反應(yīng)2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時(shí)，即氫氣與氧氣的體積相等，令是氫氣為xmol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，則：0.1mol×2+2x=4x，解得x=0.1，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可知消耗的甲烷物質(zhì)的量=$\frac{0.1mol×4}{8}$=0.05mol，故消耗甲烷的體積=0.05mol×22.4L/mol=1.12L，
故答案為：1.12L．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了化學(xué)平衡計(jì)算、等效平衡等，Ⅱ中等效平衡的計(jì)算，為該題的難點(diǎn)，也是易錯(cuò)點(diǎn)，注意理解等效平衡問題，思維量大，難度中等．