Question

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）

ΔH＝a kJ·mol^－1。

（1）已知：①Fe₂O₃（s）＋3C（s，石墨）=2Fe（s）＋3CO（g）

ΔH₁＝＋489.0 kJ·mol^－1；

②C（s，石墨）＋CO₂（g）=2CO（g）　ΔH₂＝＋172.5 kJ·mol^－1。则a＝________。

（2）冶炼铁反应的平衡常数表达式K＝________，温度升高后，K值________（填“增大”、“不变”或“减小”）。

（3）在T ℃时，该反应的平衡常数K＝64，在2 L恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示加入物质，反应经过一段时间后达到平衡。

	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的平衡转化率为________。

②下列说法正确的是________（填字母）。

a．若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态

b．增加Fe₂O₃的量，可以提高CO的转化率

c．甲容器中CO的平衡转化率大于乙的平衡转化率

d．甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比为2∶3

（4）采取一定措施可防止钢铁腐蚀。下列装置中的烧杯里均盛有等浓度、等体积的NaCl溶液。

①在a、b、c装置中能保护铁的是________（填字母）。

②若用d装置保护铁，X极的电极材料应是________（填名称）。

（5）25 ℃时有关物质的溶度积如下：K_sp[Mg（OH）₂]＝5.61×10^－12，K_sp[Fe（OH）₃]＝2.64×10^－39。25 ℃时，向含有Mg^2＋、Fe^3＋的溶液中滴加NaOH溶液，当两种沉淀共存且溶液的pH＝8时，c（Mg^2＋）∶c（Fe^3＋）＝________。

Answer

（1）－28.5 （2） 减小

（3）①60% ②ad （4）①bc ②锌

（5）2.125×1021

【解析】（1）根据盖斯定律可知，已知反应的ΔH＝ΔH1－3ΔH2＝489.0 kJ·mol－1－3×172.5 kJ·mol－1＝－28.5 kJ·mol－1。

（2）冶炼铁反应的平衡常数表达式K＝，温度升高后，平衡向吸热反应方向移动，所以K值减小。

（3）①反应开始时，CO、CO2的物质的量浓度均为0.5 mol·L－1，设反应中转化的CO物质的量浓度为x，则平衡时CO、CO2的物质的量浓度分别为（0.5－x）mol/L、（0.5＋x） mol/L，则有＝64，等式两边开立方得＝4，解得x＝0.3，则CO的转化率为0.3÷0.5×100%＝60%。

②该反应的气体是由CO转化为CO2，故气体的质量增加，容器体积不变，故气体密度为变化量，当气体的密度不变时，说明反应已达到平衡状态，a项正确；Fe2O3为固体，增加其用量不会影响平衡，b项错误；该反应中的反应物和生成物中气体只有一种，故尽管乙容器中的CO用量增加，但不会影响转化率，c项错误；将甲、乙中CO2的物质的量进行极端转换，得起始时CO气体的物质的量之比为2∶3，则平衡时CO物质的量浓度之比为2∶3，d项正确。

（4）①a装置中铁连接电源的正极，为阳极，发生氧化反应，加速其腐蚀，a错误；b装置中铁连接电源的负极，为阴极，能保护铁不被腐蚀，是外接电源的阴极保护法，b正确；c装置中，锌比铁活泼，锌作负极，铁被保护，是牺牲阳极的阴极保护法，c正确。

②若d装置能够保护铁，则X的活泼性应比铁活泼，使右侧装置为原电池，左侧装置为电解池，构成外接电源的阴极保护法，X可以是Zn、Al等活泼的金属。

（5）根据Ksp计算公式可得：

＝，

＝＝＝2.125×1021。