Question

（1）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入體積2L的恒容密閉容器中，進行反應：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下兩組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①實驗1中以v（CO₂）表示的反應速率為

 

（第二位小數(shù)）
②該反應為（填“吸熱”或“放熱”）

 

反應．
（2）氫是一種理想的綠色清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點．
利用FeO/Fe₃O₄循環(huán)制氫，已知：
H₂O（g）+3FeO（s）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H=a kJ/mol       （Ⅰ）
2Fe₃O₄（s）=6FeO（s）+O₂ （g）△H=b kJ/mol        （Ⅱ）
下列坐標圖分別表示FeO的轉化率（圖1）和一定溫度時，H₂生成速率[細顆粒（直徑0.25mm），粗顆粒（直徑3mm）]（圖2）．

①反應：2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H=

 

（用含a、b代數(shù)式表示）；
②900℃時，在兩個體積均為2L密閉容器中分別投入0.60mol FeO和0.20mol H₂O（g），甲容器用細顆粒FeO、乙容器用粗顆粒FeO．
Ⅰ．細顆粒FeO 時H₂O（g）的轉化率比用粗顆粒FeO時H₂O（g）的轉化率

 

（填“大”或“小”或“相等”）；
Ⅱ．求此溫度下該反應的平衡常數(shù)K（寫出計算過程）．
③在坐標圖3中畫出在1000℃、用細顆粒FeO時，H₂O（g）轉化率隨時間變化示意圖（進行相應的標注）．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,吸熱反應和放熱反應,反應速率的定量表示方法,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①根據(jù)氫氣的物質的量，利用化學計量數(shù)之比等于物質的量之比計算二氧化碳的物質的量，再v=

△n V

△t

計算v（CO₂）；
②由于反應前后氣體的體積不變，故650℃時開始加入4molCO、2molH₂O與開始加入2molCO、1molH₂O是等效平衡，故650℃時開始加入2molCO、1molH₂O到達平衡時氫氣的物質的量為0.8mol，實驗2等效為在實驗1的基礎上移走2molCO、1molH₂O到達平衡后，再升高溫度到900℃時，實驗2中氫氣的物質的量為0.4mol，小于0.8mol，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動；
（2）①根據(jù)蓋斯定律計算目標熱化學方程式的反應熱；
②Ⅰ．FeO為固體，顆粒大小不影響平衡移動；
Ⅱ．900℃時平衡時，F(xiàn)eO的轉化率為40%，據(jù)此計算參加反應的FeO的物質的量，再利用三段式計算平衡時各物質的物質的量，再根據(jù)k=

c(H2)

c(H2O)

計算；
③1000℃時反應速率比900℃快，到達平衡所用時間短，由圖1可知，升高溫度FeO的轉化率降低，平衡向逆反應方向移動，故升高溫度H₂O（g）轉化率降低，固體顆粒不影響轉化率，但顆粒越細，反應速率越快，據(jù)此畫出圖象．

解答： 解：（1）①、實驗1中6min到達平衡時生成氫氣1.6mol，根據(jù)方程式可知，生成二氧化碳的物質的量=1.6mol，故v（CO₂）=

1.6mol 2L

6min

=0.13mol/（L．min），
故答案為：0.13mol/（L．min）；
②、由于反應前后氣體的體積不變，故650℃時開始加入4molCO、2molH₂O與開始加入2molCO、1molH₂O是等效平衡，故650℃時開始加入2molCO、1molH₂O到達平衡時氫氣的物質的量為0.8mol，實驗2等效為在實驗1的基礎上移走2molCO、1molH₂O到達平衡后，再升高溫度到900℃時，實驗2中氫氣的物質的量為0.4mol，小于0.8mol，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，升高溫度平衡向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應，
故答案為：放熱；
（2）①、已知：H₂O（g）+3FeO（s）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H=a kJ/mol       （Ⅰ）
2Fe₃O₄（s）=6FeO（s）+O₂ （g）△H=b kJ/mol        （Ⅱ）
根據(jù)蓋斯定律，（Ⅰ）×2+（Ⅱ）得：2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g），故△H=（2a+b）kJ/mol，
故答案為：（2a+b）kJ/mol；
②Ⅰ．FeO為固體，顆粒大小不影響平衡移動，故使用細顆粒FeO與用粗顆粒FeO時H₂O（g）的轉化率相等，
故答案為：相等；
Ⅱ．900℃時平衡時，F(xiàn)eO的轉化率為40%，平衡FeO轉化的量為：n（FeO）=0.60mol×40%=0.24mol，則：
          H₂O（g）+3FeO（s）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）
開始（mol）：0.2     0.6        0        0   
轉化（mol）：0.08    0.24       0.08     0.08
平衡（mol）：0.12    0.36       0.08     0.08
則k=

c(H2)

c(H2O)

=

0.08mol 2L

0.12mol 2L

=0.67
答：此溫度下該反應的平衡常數(shù)為0.67；
③1000℃時反應速率比900℃快，到達平衡所用時間短，由圖1可知，升高溫度FeO的轉化率降低，平衡向逆反應方向移動，故升高溫度H₂O（g）轉化率降低，固體顆粒不影響轉化率，但顆粒越細，反應速率越快，故圖象為：，
故答案為：．

點評：本題考查化反應速率計算、反應熱計算、平衡常數(shù)計算、化學平衡計算及影響因素、化學平衡圖象等，題目比較綜合，難度中等，側重對基礎知識鞏固，（2）中FeO顆粒對水的轉化率影響為易錯點，學生容易受氫氣生成速率的影響做出錯誤的判斷．