Question

【題目】 我國是個鋼鐵大國，鋼鐵產量為世界第一，高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法。

I．已知：2CO（g）＋O2（g）＝2CO2（g） △H ＝－566kJ/mol

2Fe（s）+O2（g）＝Fe2O3（s） △H ＝－825.5 kJ/mol

則，（1）反應：Fe2O3（s）＋3CO（g）2Fe（s）＋3CO2（g） △H ＝____________。

（2）反應 Fe2O3（s）＋CO（g）Fe（s）＋CO2（g）在1000℃的平衡常數等于4.0。在

一個容積為10L的密閉容器中，1000℃時加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol，反應經過l0min后達到平衡，則CO的平衡轉化率=____________。

II．高爐煉鐵產生的廢氣中的CO可進行回收，使其在一定條件下和H2反應制備甲醇： 。請根據圖示回答下列問題：

（1）從反應開始到平衡，用H2濃度變化表示平均反應速率v(H2)= ____________ △H ＝____________。

（2）若在溫度和容積相同的三個密閉容器中,按不同方式投入反應物，測得反應達到平衡吋的有關數據如下表：

則下列關系正確的是 ____________。

A c1=c2 B.2Q1=Q3 C. 2a1=a3

D. a1 +a2 =1 E. 該反應若生成1mol CH3OH，則放出(Q1+Q2)kJ熱量

（3）若在一體積可變的密閉容器中充入l molCO、 2mol H2和1mol CH3OH，達到平衡吋測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍，則該反應向____________ (填“正”、“逆”)反應方向移動。

III．在一個密閉容器中，有一個左右可滑動隔板，兩邊分別進行可逆反應，各物質的物質的量分別如下：M、N、P為2.5mol、3.0mol、1.0mol。A、C、D各為0.50mol，B的物質的量為x mol，當x在一定范圍內變化，均可以通過調節反應器的溫度，使兩側反應均達到平衡，且隔板在反應器的正中位置。達到平衡后，測得M的轉化率為75%，填寫空白：

（1）達到平衡后，反應器左室氣體總的物質的量為____________mol。

（2）若要使右室反應開始時V正>V逆，x的取值范圍____________。

（3）若要使右室反應開始時V正逆，x的取值范圍____________。

Answer 1

【答案】 △H ＝-23.5 kJ/mol 60% 0.15mol/(L·min) △H ＝-91 kJ/mol ADE 正 3.5 2 < x < 3 1.5 < x < 2

【解析】I．(1)已知：①2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)，△H=-566kJmol-1，②2Fe(s)+ O2(g)═Fe2O3(s)，△H=-825.5kJmol-1，根據蓋斯定律，①× -①可得：Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)，則△H=(-566kJmol-1)×-(-825.5kJmol-1)=-23.5kJmol-1，故答案為：-23.5；

(2)令平衡時CO的物質的量變化為nmol，則：

Fe2O3(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)

開始(mol)： 1 1

變化(mol)： n n

平衡(mol)： 1-n n+1

所以=4，解得n=0.6，則CO的平衡轉化率為×100%=60%，故答案為：60%；

II．(1)由圖可知，達到平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，則△c(H2)=2×0.75mol/L=1.5mol/L，v(H2)= =0.15mol/(Lmin)，根據圖像，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H ＝419 kJ/mol -510 kJ/mol =-91 kJ/mol，故答案為：0.15mol/(Lmin)；-91 kJ/mol

(2)A．甲、乙是完全等效平衡，平衡時各組分的濃度相等，所以平衡時甲醇的濃度c1=c2，故A正確；B．丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎上再加入1mol CO和2mol H2，壓強增大，平衡向正反應方向移動，丙中反應物的轉化率大于甲，丙中參加反應的CO大于甲中的2倍，故2Q1＜Q3，故B錯誤；C．丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎上再加入1mol CO和2mol H2，壓強增大，平衡向正反應方向移動，丙中反應物的轉化率大于甲，故α1＜α3 ，但2α1≠α3，故C錯誤；D．甲與乙是完全等效平衡，平衡時對應各組分的含量完全相同，CO的轉化率為α1，則平衡時CO的物質的量為(1-α1)mol，乙中平衡時甲醇的轉化率為α2，乙中平衡時CO的物質的量為α2mol，故(1-α1)=α2，整理得α1+α2=1，故D正確；E．令平衡時CO的物質的量為nmol，CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的反應熱△H=-QkJ/mol，則Q1=(1-n)Q、Q2=nQ，整理得Q=Q1+Q2，故1mol CH3OH，則放出(Q1+Q2)kJ熱量，故E正確，故答案為：ADE；

(3)根據方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，到平衡吋測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍，說明氣體體積減小，反應正向進行，故答案為：正；

III．(1)左室中的可逆反應中，反應前后氣體的體積不變，則達到平衡時氣體的總物質的量不變，反應前M為2.5mol、P為1mol，總物質的量為：2.5mol+1mol=3.5mol，則達到平衡時氣體的物質的量也是3.5mol，故答案為：3.5；

(2)達到平衡時左右可滑動隔板處于中間，說明達到平衡時左室和右室氣體的總物質的量相等，都是3.5mol，右室中的反應為氣體體積縮小的反應，當反應A(g)+4B(g) 2C(g)+D(g)中最初加入的四種物質的物質的量為3.5mol，且平衡不移動時，B的物質的量最小，若滿足V正＞V逆，則B的物質的量大于：3.5mol-0.5mol×3=2；

當達到平衡時氣體全部為C、D時，B的物質的量最大，根據反應A(g)+4B(g) 2C(g)+D(g)，0.5molA完全反應消耗2molB，同時生成1molC、0.5molC，此時C的總物質的量為1mol+0.5mol=1.5mol，D的物質的量為0.5mol+0.5mol=1mol，總物質的量為：1.5mol+1mol=2.5mol，剩余的3.5-2.5mol=1mol為B時，B的物質的量最大，所以B的物質的量最大為：2mol+1mol=3mol，所以x是范圍為：2.0＜x＜3.0，故答案為：2.0＜x＜3.0；

(3)達到平衡時左右可滑動隔板處于中間，說明達到平衡時左室和右室氣體的總物質的量相等，都為3.5mol，右室中的逆反應為體積增大的反應，當反應A(g)+4B(g) 2C(g)+D(g)中最初加入的四種物質的物質的量為3.5mol，且平衡不移動，B的物質的量最大，若滿足V正＜V逆，則B的物質的量小于：3.5mol-0.5mol×3=2；

當達到平衡時氣體全部為A、B時，B的物質的量最小，根據反應A(g)+4B(g) 2C(g)+D(g)，0.5molC完全反應生成1molB，此時B的物質的量為：1mol+0.5mol，由于V正＜V逆，平衡向著逆向移動，則B的物質的量一定大于1.5mol，所以x是范圍為：1.5＜x＜2.0，故答案為：1.5＜x＜2.0。