Question

我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法。

I.已知反应Fe₂O₃(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO₂(g) ΔH＝-23.5 kJ·mol^-1，该反应在

1000℃的平衡常数等于4。在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1. 0mol,反应经过l0min后达到平衡。

（1）CO的平衡转化率=____________

（2）欲提高CO的平衡转化率,促进Fe₂O₃的转化,可采取的措施是________

a．提高反应温度

b．增大反应体系的压强

c．选取合适的催化剂

d．及时吸收或移出部分CO₂

e．粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触

Ⅱ.高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收,使其在一定条件下和H₂反应制备甲醇:

CO(g)+ 2H₂(g)CH₃OH(g)。请根据图示回答下列问题:

（1）从反应开始到平衡,用H₂浓度变化表示平均反应速率v(H₂)=________

（2）若在温度和容器相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表：

容器	反应物投入的量	反应物的 转化率	CH3OH的浓度	能量变化 (Q1、Q2、Q3均大于0)
甲	1mol CO和2mol H2	α1	c1	放出Q1kJ热量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ热量
丙	2mol CO和4mol H2	α3	c3	放出Q3kJ热量

则下列关系正确的是________

A．c₁=c₂ B．2Q₁=Q₃ C．2α₁=α₃ D．α₁+α₂=1

E．该反应若生成1mol CH₃OH，则放出(Q₁+Q₂)kJ热量

Ⅲ．以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题：

（1）B极上的电极反应式为                                           

（2）若用该燃料电池做电源，用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗的甲烷的体积为            （标况下）。

Answer

I．（1）60％（2分） （2）d（2分）

Ⅱ．（1）0.15mol/(L·min) （2分）（单位出错给1分）

（2） A D E (3分，有错选不得分)

Ⅲ．（1） CH4+ 4O2——8e—= CO2+ 2H2O；（2分）

（2） 1.12 L（2分）

【解析】试题分析：I．（1）设消耗CO的物质的量是xmol，则生成CO2的物质的量也是xmol，因此平衡时CO和CO2的物质的量分别是1—x和1＋x。则 根据平衡常数可知，解得x＝0.6，则CO的平衡转化率60%。

（2）a．正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向进行，转化率降低，a错误；b．反应前后体积不变，增大反应体系的压强平衡不移动，转化率不变，b错误；c．催化剂不能改变平衡状态，则选取合适的催化剂不能改变转化率，c错误；d．及时吸收或移出部分CO2，平衡向正反应方向移动，转化率增大，d正确；e．粉碎矿石，使其与平衡混合气体充分接触可以加快反应速率，但不能影响平衡状态，转化率不变，e错误，答案选d。

Ⅱ．（1）根据图像可知反应进行到10min时达到平衡状态，生成甲醇的浓度是0.75mol/L，则根据方程式可知消耗氢气的浓度是1.5mol/L，所以用氢气表示的反应速率为1.5mol/L÷10min＝0.15mol/（L•min）。

（2）A、温度和容器容积相等，则根据表中数据可知甲和乙的平衡是等效的，则c1＝c2，A正确；B、丙相当于在甲的基础上再加入1molCO和2mol氢气，压强增大平衡向正反应方向进行，反应物的转化率增大，所以2Q1＜Q3，B错误；C、根据B中分析可知2α1不一定等于α3，C错误；D、甲、乙平衡等效，则α1+α2＝1，D正确，答案选AD。

Ⅲ．（1）B电极通入甲烷转化为CO2，这说明甲烷被氧化发生氧化反应，则B电极是负极，电极反应式为CH4+4O2﹣﹣8e﹣=CO2+2H2O；

（2）硫酸铜的物质的量是0.1mol，惰性电极电解时阳极是氢氧根放电产生氧气。阴极是铜离子放电析出铜。当铜离子完全放电后氢离子放电产生氢气。当两极收集到的气体体积相等时，这说明阴极有氢气产生。设二者的物质的量均是xmol，则根据电子得失守恒可知0.1×2＋2x＝4x，解得x＝0.1，即阳极产生0.1mol氧气，转移0.4mol电子，所以根据电子转移守恒可知理论上消耗的甲烷的物质的量设0.4mol÷8＝0.05mol，在标准状况下的体积为1.12L。