Question

【題目】高爐煉鐵是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，此法工藝簡單，產(chǎn)量大，能耗低，仍是現(xiàn)代煉鐵的主要方法，回答下列問題：

(1)已知煉鐵過程的主要反應為Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) △H1

還會發(fā)生3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g) △H2=a kJ/mol；

Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) △H3=b kJ/mol；

FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+ CO2(g) △H4=c kJ/mol；

則△H1=________kJ/mol（用含a、b、c的代數(shù)式表示）。

(2)高爐煉鐵產(chǎn)生的廢氣(CO、CO2)有多種處理方法，反應原理如下：

①生成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)。一定溫度下在恒容密閉容器中模擬此反應，下列化學反應速率最快的是_______________

A．υ(CO)=1.2 mol/(L·min) B．υ(H2)=0.025 mol/(L·s) C．υ(CH3OH)=1 mol/(L·min)

②生成乙烯：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)。在兩個容積相同的密閉容器中以不同的氫碳比[n(H2)：n(CO2)]充入原料氣，CO2平衡轉(zhuǎn)化率α(CO2)與溫度的關系如圖所示

氫碳比X_____2.0（填＞、＜或＝，下同），理由是___________________。

(3)反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，其化學平衡常數(shù)K與溫度T關系如表：

T/℃	700	800	1000	1200
K	0.6	1.0	2.3	3.6

①該反應是___________反應(填“吸熱”或“放熱”)。

②若某恒定溫度下，向容積為1 L的恒容密閉容器中充入2 mol CO2、3 mol H2，10 min后反應達到平衡狀態(tài)，測得υ (CH3OH)=0.075 mol/(L·min)，則此反應條件下溫度______800℃（填＞、＜或＝）。

③若反應在1200℃進行試驗，某時刻測得反應容器中各物質(zhì)濃度滿足關系式2c(CO2)·c3(H2)=3c(CH3OH)·c(H2O)，此時反應在________向進行（填“正”或“逆”）。

Answer 1

【答案】b+2c A ＞ 相同溫度下，氫碳比為X時二氧化碳轉(zhuǎn)化率更高，則投料時H2的量更多 吸熱 ＞ 正

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將已知熱化學方程式疊加，可得待求反應的熱化學方程式；

(2)①轉(zhuǎn)化為用同一物質(zhì)表示的反應速率，且速率單位相同，速率數(shù)值越大，反應越快；

②根據(jù)濃度對CO轉(zhuǎn)化率的影響分析判斷X的大小；

(3)①根據(jù)溫度與平衡常數(shù)的關系分析判斷；

②由甲醇反應速率計算平衡時各種物質(zhì)的濃度，然后計算平衡常數(shù)，并與表格數(shù)據(jù)比較，進行判斷；

③把濃度關系轉(zhuǎn)化為濃度商，并與1200℃的平衡常數(shù)比較，然后判斷反應進行的方向。

(1)已知反應：①3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g) △H2=a kJ/mol；

②Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) △H3=b kJ/mol；

③FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) △H4=c kJ/mol；

根據(jù)蓋斯定律，將①×+②×+③×2，整理可得：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) △H1=(b+2c) kJ/mol；

(2)①都轉(zhuǎn)化為用CO的濃度變化表示反應速率，單位是mol/(L·min)，然后進行比較；

A.υ(CO)=1.2 mol/(L·min)；

B. υ(H2)=0.025 mol/(L·s)，則根據(jù)二者反應轉(zhuǎn)化關系可知υ(CO)=υ(H2)=0.0125 mol/(L·s)=0.75 mol/(L·min)；

C. υ(CH3OH)=1 mol/(L·min)，則用CO表示反應速率為υ(CO)=1 mol/(L·min)，

可見選項A表示的化學反應速率最快；

②在溫度不變時，增大反應物H2的濃度，平衡正向移動，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，即提高原料氣的氫碳比，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)圖象可知：在相同溫度下，氫碳比為X時二氧化碳轉(zhuǎn)化率更高，則投料時H2的量更多，所以X＞2；

(3)①根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知：升高溫度，化學平衡常數(shù)增大，說明升高溫度，平衡正向移動，則正反應方向為吸熱反應；

②在1 L容器中發(fā)生反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，10 min后達到平衡，此時υ(CH3OH)=0.075 mol/(L·min)，則c(CH3OH)=0.075 mol/(L·min)×10 min=0.75 mol/L，根據(jù)物質(zhì)反應轉(zhuǎn)化關系可知平衡時c(H2O)=c(CH3OH)=0.75 mol/L，c(CO2)=2 mol/L-0.75 mol/L=1.25 mol/L，c(H2)=3 mol/L-0.75 mol/L×3=0.75 mol/L，則該溫度下的化學平衡常數(shù)K==1.07＞1.0，大于800℃時的平衡常數(shù)，說明溫度比800℃高；

③若反應在1200℃進行試驗，某時刻測得反應容器中各物質(zhì)濃度滿足關系式為2c(CO2)·c3(H2)=3c(CH3OH)·c(H2O)，則此時濃度商Qc=＜3.6，比1200℃的化學平衡常數(shù)小，說明反應未達到平衡，反應正向進行。