高炉炼铁是冶炼铁的主要方法,发生的主要反应为:Fe2O3(s)+3CO(g)⇌2Fe(s)+3CO2(g)△H

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  • 解题思路:(1)根据盖斯定律构造目标热化学方程式计算反应热;

    (2)平衡常数等于生成物的浓度系数次幂之积除以反应物浓度系数次幂之积;根据温度对平衡移动的影响判断温度对平衡常数的影响;

    (3)①浓度商Qc=1,小于平衡常数,反应向正反应进行,令平衡时参加反应的CO为xmol,利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量,根据平衡常数列方程计算,在结合转化率定义计算;

    ②A.反应前后气体质量变化,体积不变,若容器内气体密度恒定时,标志反应达到平衡状态;

    B.乙相当于在甲平衡的基础上加入1molCO,反应速率加快;

    C.乙容器内浓度商Qc=0.125,小于平衡常数,反应向正反应进行,令平衡时乙中参加反应的CO为ymol,利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量,根据平衡常数列方程计算,结合①中的计算判断;

    D.固体量增加不影响化学平衡,增加Fe2O3不能提高CO的转化率;

    (4)CO发生氧化反应与O2-结合生成CO32-

    (1)已知:①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJmol-1

    ②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJmol-1

    依据盖斯定律,①-②×3得Fe2O3(s)+3CO(g)⇌2Fe(s)+3CO2(g),故△H=489.0kJmol-1-3×172.5kJmol-1=-28.5kJmol-1

    故答案为:-28.5;

    (2)Fe2O3(s)+3CO(g)⇌2Fe(s)+3CO2(g)的平衡常数K=

    c3(CO2)

    c3(CO);该反应是放热反应,升温平衡逆向进行,平衡常数减小;

    故答案为:

    c3(CO2)

    c3(CO);减小;

    (3)①在T℃时,该反应的平衡常数K=64,甲容器内浓度商Qc=1,小于平衡常数,反应向正反应进行,设消耗一氧化碳物质的量为x,则:

    Fe2O3(s)+3CO(g)⇌2Fe(s)+3CO2(g)

    起始量(mol):1 1

    变化量(mol):x x

    平衡量(mol):1-x1+x

    反应前后气体体积不变,可以用物质的量代替浓度计算平衡常数,故

    (1+x)3

    (1−x)3=64,解得x=0.6,

    故CO的转化率=[0.6mol/1mol]×100%=60%

    故答案为:60%;

    ②A.反应前后气体质量变化,体积不变,若容器内气体密度恒定时,标志反应达到平衡状态,故A正确;

    B.乙相当于在甲平衡的基础上加入1molCO,反应速率加快,故乙容器中CO平衡时的速率更高,故B正确;

    C.乙容器内浓度商Qc=0.125,小于平衡常数,反应向正反应进行,令平衡时乙中参加反应的CO为ymol,则:

    Fe2O3(s)+3CO(g)⇌2Fe(s)+3CO2(g)

    起始量(mol):2 1

    变化量(mol):y y

    平衡量(mol):2-y 1+y

    反应前后气体体积不变,可以用物质的量代替浓度计算平衡常数,故

    (1+y)3

    (2−y)3=64,解得y=1.4,故平衡时乙容器内CO为2mol-1.4mol=0.6mol,由①中的计算可知平衡时,甲中CO为1mol-0.6mol=0.4mol,故甲、乙容器中CO的平衡浓度之比为0.4mol:0.6mol=2:3,故C错误;

    D.Fe2O3为固体量,增加其用量,不影响化学平衡移动,不能提高CO的转化率,故D错误,

    故答案为:AB;

    (4)负极CO发生氧化反应与O2-结合生成CO32-,负极电极反应式为:CO+2O2--2e-=CO32-

    故答案为:CO+2O2--2e-=CO32-

    点评:

    本题考点: 化学平衡的计算;用盖斯定律进行有关反应热的计算;化学电源新型电池;化学平衡常数的含义.

    考点点评: 题目综合性较大,涉及反应热计算、平衡常数计算及应用、化学平衡计算、原电池原理等,难度中等,注意掌握平衡常数的应用与三段式解题法.