(1)铁及其化合物在生产生活中应用最广泛,炼铁技术和含铁新材料的应用倍受关注。利用铁的氧化物循环裂解水制*气...
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(1)铁及其化合物在生产生活中应用最广泛,炼铁技术和含铁新材料的应用倍受关注。利用铁的氧化物循环裂解水制*气的过程如下图所示。整个过程与温度密切相关,当温度低于570 ℃时,发生反应Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g),阻碍循环反应的进行。
已知:(ⅰ)Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)
ΔH1=+19.3 kJ·mol-1
(ⅱ)3FeO(s)+H2O(g)Fe3O4(s)+H2(g)
ΔH2=-57.2 kJ·mol-1
(ⅲ)C(s)+CO2(g)2CO(g)
ΔH3=+172.4 kJ·mol-1
铁氧化物循环裂解水制*气总反应的热化学方程式是________________________________________。
(2)T1 ℃时,向某恒温密闭容器中加入一定量的Fe2O3和炭粉,发生反应Fe2O3(s)+3C(s)2Fe(s)+3CO(g),反应达到平衡后,在t1时刻,改变某条件,v逆随时间t的变化关系如图所示,则t1时刻改变的条件可能是________(填写字母)。
a.保持温度不变,压缩容器
b.保持体积不变,升高温度
c.保持体积不变,加少量碳粉
d.保持体积、温度不变,增大CO浓度
(3)在一定温度下,向某体积可变的恒压密闭容器(p总)加入1 mol CO2与足量的碳,发生反应,平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示:
①650 ℃时,该反应达平衡后吸收的热量是________。
②T ℃时,若向平衡体系中再充入一定量按v(CO2)∶v(CO)=5∶4的混合气体,平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。
③925 ℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp为________。[气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数,用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数,记作Kp]
(4)用原电池原理可以除去**废水中的三*乙烯、AsO,其原理如下图所示(导电壳内部为纳米零价铁)
在除污过程中,纳米零价铁中的Fe为原电池的________极(填“正”或“负”),写出C2HCl3在其表面转化为乙*的电极反应式为_________________。
(5)已知25 ℃时,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,此温度下若在实验室中配制100 mL 5 mol·L-1 FeCl3溶液,为使配制过程中不出现浑浊现象,则至少需要加入2 mol·L-1的盐*________mL(忽略加入盐*体积)。
【回答】
* (1)C(s)+H2O(g)===H2(g)+CO(g) ΔH=+134.5 kJ·mol-1
(2)ad (3)①43.1 kJ ②正向 ③23.04p总 (4)负 C2HCl3+5H++8e-===C2H6+3Cl- (5)2.5
解析 (1)根据盖斯定律,将(ⅰ)+(ⅱ)+(ⅲ)得:C(s)+H2O(g)===H2(g)+CO(g) ΔH=+134.5 kJ·mol-1。
(2)密闭容器中建立的平衡为Fe2O3(s)+3C(s)2Fe(s)+3CO(g),由图像可知,t1时改变条件使逆反应速率突然增大,达到新平衡时反应速率跟原速率相等。t1时保持温度不变,压缩容器使气体压强增大,逆反应速率突然增大,由于温度不变,所以平衡常数K=c3(CO)不变,所以达到新平衡时c(CO)不变,逆反应速率不变,符合图像,a正确;t1时保持体积不变,升高温度使逆反应速率突然增大,但达到新平衡时温度比原来高,所以达到新平衡时逆反应速率比原来大,不符合图像,b错误;t1时保持体积不变,加少量碳粉,固体物质的浓度视为常数,所以t1时逆反应速率不会发生突变,不符合图像,c错误;t1时保持体积不变,增大CO浓度,使逆反应速率突然增大,因温度不变,达到新平衡时平衡常数K=c3(CO)不变,即c(CO)浓度不变,所以达到新平衡时逆反应速率不变,符合图像,d正确。
(3)①由图像可知,650 ℃时反应达到平衡后CO的体积分数为40%,设达到平衡时转化的CO2的物质的量为x。应用“三段式”分析得:
C(s)+CO2(g)2CO(g)
起始量 1 mol 0
转化量 x 2x
平衡量 1-x 2x
CO的体积分数=×100%=40%,解得x=0.25 mol,由C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH3=+172.4 kJ·mol-1可知,该反应达到平衡后吸收的热量是0.25 mol×172.4 kJ·mol-1=43.1 kJ。
②由图像知T ℃时CO2和CO的体积分数相等,即V(CO2)∶V(CO)=1∶1,T ℃时,向平衡体系中再充入一定量按V(CO2)∶V(CO)=5∶4的混合气体,因V(CO2)∶V(CO)=5∶4>1∶1(相当于增大CO2浓度),所以平衡向正反应方向移动。
③925 ℃时,CO的体积分数为96%,则CO2的体积分数为4%,所以用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp==23.04p总。
(4)由图可知纳米零价铁中Fe失去电子转化为Fe2+,由原电池原理知,纳米零价铁中的Fe作原电池的负极。C2HCl3在其表面被还原为乙*,根据电荷守恒和原子守恒,该电极反应式为C2HCl3+5H++8e-===C2H6+3Cl-。
(5)Fe(OH)3难溶于水,在溶液中存在溶解平衡:
Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq)。为使配制过程中不出现浑浊现象,则c(Fe3+)·c3(OH-)<
Ksp[Fe(OH)3],即c(OH-)<= =2×10-13 mol·L-1,则c(H+)=>=0.05 mol·L-1。设加入盐*体积为x(忽略溶液体积的变化),加入盐*后溶液中c(H+)>=0.05 mol·L-1,解得x>0.0025 L(2.5 mL),即至少需要加入2.5 mL盐*。
知识点:化学反应速率 化学平衡
题型:综合题
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