Question

16．Ⅰ．高爐煉鐵是冶煉鐵的主要方法，發(fā)生的主要反應(yīng)為
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H
（1）已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨，s）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁
C（石墨，s）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂
則△H=△H₁-3△H₂（用含△H₁、△H₂代數(shù)式表示）
（2）在T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，在2L恒容密閉容器甲和乙中，分別按表所示加入物質(zhì)，反應(yīng)經(jīng)過一段時間后達到平衡．

	Fe2O3	CO	Fe	CO2
甲/mol	1.0	1.0	1.0	1.0
乙/mol	1.0	1.5	1.0	1.0

①甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率為60%．
②下列說法正確的是B（填字母）．
A．若容器壓強恒定，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)
B．若容器內(nèi)氣體密度恒定，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)
C．甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率大于乙的
D．增加Fe₂O₃就能提高CO的轉(zhuǎn)化率
II．利用空氣催化氧化法制取聯(lián)氨，其有關(guān)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化如圖1所示（R₁、R₂代表烴基）．
①在圖1示的轉(zhuǎn)化中，化合價不變的一種元素是氫或H．
②反應(yīng)中當有1mol NH₃轉(zhuǎn)化為N₂H₄時，保持溶液中酮的物質(zhì)的量不變，需要消耗O₂的物質(zhì)的量為0.25mol．
③在溫度一定和不補加溶液的條件下，緩慢通入NH₃、O₂混合氣體，并充分攪拌．欲使生成的N₂H₄中不含NH₃，可采取的措施有增大混合氣體中氧氣的含量．
  　　    
Ⅲ．采用一種新型的催化劑（主要成分是Cu-Mn的合金），利用CO和H₂制備二甲醚（DME）．觀察如圖2回答問題：催化劑中$\frac{n（Mn）}{n（Cu）}$約為2.0時最有利于二甲醚的合成．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)的焓變：
①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s+3CO（g）△H₁
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂
①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）；
（2）①在T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，在2L恒容密閉容器甲中，加入物質(zhì)反應(yīng)達到平衡，依據(jù)平衡三段式列式計算結(jié)合轉(zhuǎn)化率概念計算得到；
 ②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
A．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，隨反應(yīng)進行氣體密度發(fā)生變化，若容器內(nèi)氣體密度恒定時，標志反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；
B．反應(yīng)前后有氣體參與，恒溫恒容下，反應(yīng)前后氣體體積改變，壓強恒定時，標志反應(yīng)到達平衡狀態(tài)；
C．乙容器中一氧化碳增加，相當于增大壓強，反應(yīng)前后體積不變，甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率等于乙的轉(zhuǎn)化率，速率甲小于乙；
D．固體量增加不影響化學(xué)平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉(zhuǎn)化率．
II．①由圖示可知化合價不變的一種元素是+1價的氫；
②反應(yīng)中當有1mol NH₃轉(zhuǎn)化為N₂H₄時，失去1mol的電子，而1mol氧氣得到4mol的電子，根據(jù)得失電子守恒分析解答；
③可以通過增加通入氧氣的量，來提高氨氣的轉(zhuǎn)化率，由此分析解答．
Ⅲ．CO的轉(zhuǎn)化率最大，生成二甲醚的選擇性最大時最好．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s+3CO（g）△H₁
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂；①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g），根據(jù)蓋斯定律得到反應(yīng)的焓變=△H₁-3△H₂．
故答案為：△H₁-3△H₂；
（2）①在T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，在2L恒容密閉容器甲中，加入物質(zhì)反應(yīng)達到平衡，設(shè)消耗一氧化碳物質(zhì)的量為x
                 Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol） 1             1                  1             1
變化量（mol）                x                                  x
平衡量（mol）               1-x                              1+x
K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=$\frac{（1+x）^{3}}{（1-x）^{3}}$=64，解得x=0.6
轉(zhuǎn)化率=60%，
故答案為：60%；            
 ②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
A．若容器壓強始終恒定，不能標志反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．ρ=$\frac{m}{V}$，反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，隨反應(yīng)進行氣體密度發(fā)生變化，若容器內(nèi)氣體密度恒定時，標志反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a正確，故B正確；
C．乙容器中一氧化碳增加，將乙中CO用K=64，代入三段式計算求得CO減少了1.7mol，故CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.7}{2.0}$×100%=70%，反應(yīng)速率乙大，故C錯誤；
D．固體量增加不影響化學(xué)平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉(zhuǎn)化率，故D錯誤；
故答案為：B；
II．①由圖示可知化合價不變的一種元素是+1價的氫，故答案為：氫或H；
②反應(yīng)中當有1mol NH₃轉(zhuǎn)化為N₂H₄時，失去1mol的電子，而1mol氧氣得到4mol的電子，根據(jù)得失電子守恒可知消耗氧氣的物質(zhì)的量為=$\frac{1}{4}$=0.25 mol，
故答案為：0.25 mol；　
③欲使生成的N₂H₄中不含NH₃，可采取的措施增大混合氣體中氧氣的含量，使氨氣完全轉(zhuǎn)化，
故答案為：增大混合氣體中氧氣的含量．
Ⅲ．由圖可知當催化劑中$\frac{n（Mn）}{n（Cu）}$約為2.0時，CO的轉(zhuǎn)化率最大，生成二甲醚的最多，
故答案為：2.0．

點評 本題考查化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)平衡產(chǎn)生、化學(xué)平衡圖象、蓋斯定律應(yīng)用、原電池等，題目涉及的知識點較多，綜合性較強題目難中等．