Ⅰ.高炉炼铁过程中发生的主要反应为:
Fe2O3(s)+CO(g)⇌1 3
Fe(s)+CO2(g)2 3
已知该反应在不同温度下的平衡常数如下:
温度/℃ | 1000 | 1150 | 1300 |
平衡常数 | 4.0 | 3.7 | 3.5 |
(1)该反应的平衡常数表达式K=______,△H=______0(填“>”、“<”或“=”).
(2)在体积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol,反应经过10min后达到平衡,该时间范围内反应的平均反应速度v(CO2)=______,CO的平衡转化率为______.
Ⅱ.在氯氧化法处理含CN-的废水过程中,液氯在碱性条件下可以将氰化物氧化成氰酸盐(其毒性仅为氰化物的千分之一),氰酸盐进一步被氧化为无毒物质.
(1)某厂废水中含KCN,其浓度为650mg/L.现用氯氧化法处理,发生如下反应(其中N均为-3价):KCN+2KOH+Cl2═KOCN+2KCl+H2O,则被氧化的元素是______.
(2)投入过量液氯,可将氰酸盐进一步氧化为氮气,请配平下列化学方程式:
______KOCN+______KOH+______Cl2═______CO2+______N2+______KCl+______H2O
(3)若处理上述废水20L,使KCN完全转化为无毒物质,至少需液氯______g.
Ⅰ(1)可逆反应:
Fe2O3(s)+CO(g)⇌1 3
Fe(s)+CO2(g)的平衡常数表达式k=2 3
,c(CO2) c(CO)
由表中数据可知,温度越高平衡常数越小,说明升高温度平衡向逆反应移动,故正反应为放热反应,即△H<0,
故答案为:
;<;c(CO2) c(CO)
(2)此时浓度商Qc=1,小于平衡常数4,反应向正反应进行,令参加反应的CO为amol,则:
Fe2O3(s)+CO(g)⇌1 3
Fe(s)+CO2(g)2 3
开始(mol):1 1
变化(mol):a a
平衡(mol):1-a 1+a
反应前后气体的化学计量数不变,利用物质的量代替浓度计算平衡常数,故
=4,解得a=0.6,1+a 1-a
故v(CO2)=
=0.006mol/(L•min);0.6mol 10L 10min
CO的平衡转化率为
×100%=60%,0.6mol 1mol
故答案为:0.006mol/(L•min);60%;
Ⅱ、(1)反应中C元素化合价由KCN中+2价升高为KOCN中+4价,C元素被氧化,
故答案为:C;
(2)反应中KOCN→N2,N元素化合价由-3价升高为0价,共升高6价,Cl2→KCl,Cl元素化合价由0价降低为-1价,共降低2价,化合价升降最小公倍数为6,故N2系数为1,Cl2系数为3,结合原子守恒配平其它物质的系数,平衡后方程式为:2KOCN+4KOH+3Cl2═2CO2+N2+6KCl+2H2O,
故答案为:2、4、3、2、1、6、2;
(3)废水中KCN的质量为650mg/L×20L=13000mg=13g,物质的量为
=0.2mol,使KCN完全转化为无毒物质,应生成CO、N2,整个过程中C元素化合价由+2价升高为+4价,N元素化合价由-3价升高为0价,Cl元素化合价由0价降低为-1价,电子转移守恒可知2×n(Cl2)=0.2mol×(4-2)+0.2mol×[0-(-3)],解得n(Cl2)=0.5mol,故需要氯气的质量为0.5mol×71g/mol=35.5g,13g 65g/mol
故答案为:35.5.