Question

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=akJ?mol^-1
（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ?mol^-1
②C（s）+CO₂（g）═2CO₂（g）△H₂=+172.5kJ?mol^-1則 a=

 

kJ?mol^-1
（2）冶煉鐵反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=

 

，溫度升高后K值

 

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（3）在T⁰C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，分別按下表所示加人物質(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	2.0	1.0	1.0

①甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率為

 

．
②下列說法正確的是

 

（填字母）．．
a．當(dāng)容器內(nèi)氣體密度恒定時，表明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)
b．甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率小于乙容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率
c．甲、乙容器中，CO的平衡濃度之比為3：2
d．增加Fe₂O₃的量可以提高CO的轉(zhuǎn)化率
（4）采取一定措施可防止鋼鐵腐蝕．利用如圖裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護，其中Y為NaCl，X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開關(guān)K應(yīng)置

 

處（填字母下同）；若X為鋅，開關(guān)K置于

 

處．
（5）高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓，高鐵電池的總反應(yīng)為：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O 

放電

充電

3Zn（OH）₂+Fe（OH）₃+4KOH下列敘述正確的是

 

（填字母）．
A．放電時負極反應(yīng)為：Zn-e^-+2OH^-=Zn（OH）₂
B．充電時陽極反應(yīng)為：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O
C．放電時每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1mol K₂FeO₄被氧化．

Answer 1

考點：用化學(xué)平衡常數(shù)進行計算,有關(guān)反應(yīng)熱的計算,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，依據(jù)平衡常數(shù)概念寫出表達式，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進行；
（3）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，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．乙容器中一氧化碳增加，相當(dāng)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；
c．依據(jù)平衡三段式計算平衡物質(zhì)的量；計算甲、乙容器中，CO的平衡濃度之比；
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；
（4）作原電池正極或作電解池陰極的金屬被保護；
（5）根據(jù)電池總反應(yīng)3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O═3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，可知，放電時，Zn被氧化，應(yīng)為電池的負極，電極反應(yīng)式為3Zn-6e^-+6OH^-═3Zn（OH）₂，K₂FeO₄為電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2FeO₄^2-+6e^-+8H₂O═2Fe（OH）₃+10OH^-，結(jié)合電極反應(yīng)式解答該題．

解答： 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
依據(jù)蓋斯定律①-②×3得到
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
a=-28.5；
故答案為：-28.5；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
平衡常數(shù)K=

c3(CO2)

c3(CO)

；反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小；
故答案為：

c3(CO2)

c3(CO)

；減�。�
（3）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
平衡常數(shù)K=

c3(CO2)

c3(CO)

=

(1+x)3

(1-x)3

=64，計算得到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．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，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；
b．乙容器中一氧化碳增加，相當(dāng)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，故b錯誤；
c．甲容器中平衡一氧化碳物質(zhì)的量為0.4mol；乙容器中結(jié)合平衡常數(shù)計算得到消耗一氧化碳為1.4mol，平衡物質(zhì)的量為0.6mol，甲和乙容器中CO的平衡濃度之比為0.4+0.6=2：3；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：a；
（4）作原電池正極或作電解池陰極的金屬被保護，若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，則鐵應(yīng)作電解池陰極，所以開關(guān)K應(yīng)該置于處N處；若X為鋅，為減緩鐵的腐蝕，則鐵應(yīng)作原電池的正極，所以開關(guān)K應(yīng)該置于M處，故答案為：N；M；
（5）A．放電時，Zn被氧化，生成Zn（OH）₂，電極反應(yīng)式為3Zn-6e^-+6OH^-═3Zn（OH）₂，故A正確；
B．K₂FeO₄為電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，生成Fe（OH）₃，正極反應(yīng)式為2FeO₄^2-+6e^-+8H₂O═2Fe（OH）₃+10OH^-，將正極反應(yīng)倒過來即為陽極反應(yīng)：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，故B正確；
C．放電時，F(xiàn)e化合價由+6價降低為+3價，則放電時每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1molK₂FeO₄被還原，故C錯誤；
故選AB．

點評：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算應(yīng)用，平衡常數(shù)計算應(yīng)用，化學(xué)平衡三段式列式計算方法，原電池原理的分析判斷，物質(zhì)組成的實驗探究實驗方法，題目難度中等．