Question

10．鐵是生產生活中應用最廣泛的金屬，煉鐵技術備受關注，已知：
①2Fe₂O₃（s）+3C（s）?4Fe（s）+3CO₂（g）△H=+460.5KJ•mol^-1
②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ•mol^-1
③斷裂1mol CO（s）氣體中的化學鍵需要吸收1076KJ的能量
斷裂1mol CO₂（s）氣體中的化學鍵需要吸收1490KJ的能量
請回答：
（1）斷裂1mol C（s）中所有化學鍵需要吸收的能量為834.5kJ．
（2）T₁℃時，向密閉容器中加入一定量的Fe₂O₃和C，發(fā)生反應①，達到平衡后，CO₂的濃度為a mol•L^-1；其他條件不變，縮小容器容積，再次達到平衡時，CO₂的濃度為b mol•L^-1，則a=（選填“＞”“＜”或“=”）b．
（3）起始溫度均為T₂℃時，向容積為10L的三個恒容密閉容器中，分別加入一定量的Fe₂O₃和CO發(fā)生反應②，測得相關數據如表所示：

編號	容器	起始時物質的量 mol		平衡時物質的量/mol	平衡常數（K）
		Fe2O3	CO	Fe
1	恒溫	0.5	1.5	0.8	K1
2	恒溫	2	3	m	K2
3	絕熱	1	1.5	n	K3

①T₂℃時，容器1中反應的平衡常數K₁=64．
②容器2中，5min達到平衡，則0～5min內以CO₂表示該反應的速率v（CO₂）=0.048mol/（L•min）．
③對于三個容器中的反應，下列說法正確的是D（填選項字母）．
A．m＞2n  
B．容器1和容器2中CO的平衡轉化率v₁＜v₂．
C．K₁=K₃ 
D．平衡時氣體壓強：P₃＞P₁
（4）T₂℃時，向恒壓密閉容器中充入0.5mol Fe₂O₃和1.0mol CO，發(fā)生反應②，CO和CO₂的物質的量濃度（c）與時間（t）的關系如圖1所示．

①6min時，改變的外界條件未升溫，理由為升溫，平衡逆向移動，CO濃度增大，CO₂濃度減�。�
②10min時，再向容器中加入1 mol Fe₂O₃、1 mol CO、1 mol Fe、1 mol CO₂、起始的反應速率v（正）＜（選填“＞”“＜”或“=”）v（逆）．
（5）CO-O₂熔融鹽燃料電池的裝置如圖2所示，電池工作時，C口產生的氣體一部分通入B口被利用，另一部分被分離出來，若導線中流過2mole^-，理論上C口被分離出的氣體的物質的量最多為1mol．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律和結合反應熱等于反應物的總鍵能減生成物的總鍵能列方程計算可求出；
（2）平衡常數只與溫度有關，故a=b；
（3）①依據化學平衡三段式計算平衡濃度，結合平衡常數概念計算得到；
②根據v=$\frac{△c}{△t}$計算反應速率；
③根據化學平衡三段式計算和等效平衡去分析；
（4）①依據勒夏特列原理分析；
②根據濃度商和平衡常數進行判斷；
（5）電池反應式為：2CO+O₂═2CO₂，據此計算．

解答 解：（1）根據蓋斯定律，將①×$\frac{1}{3}$-②×$\frac{2}{3}$得：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H=$\frac{460.5kJ/mol}{3}$+$\frac{28.5kJ•mo{l}^{-1}×2}{3}$=172.5kJ•mol^-1．設斷裂1mol C（s）中所有化學鍵需要吸收的能量為x，則：x=2×1076kJ-1490kJ+172.5kJ=834.5kJ，
故答案為：834.5kJ
（2）平衡常數只與溫度有關，T₁℃時，K=c（CO₂）=amol/L，故其他條件不變，縮小容器容積，再次達到平衡時，CO₂的濃度為b mol•L^-1，k=b mol•L^-1，故a=b，
故答案為：=
（3）①依據反應②熱化學方程式計算；
                 Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ•mol^-1
起始量（mol） 0.5           1.5             0              0     
變化量（mol） 0.4           1.2           0.8           1.2    
平衡量（mol）0.1             0.3          0.8            1.2
K₁=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=$\frac{（\frac{1.2}{10}）^{3}}{（\frac{0.3}{10}）^{3}}$=64
②設5min達到平衡時CO₂的物質的量為xmol
                 Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ•mol^-1
起始量（mol） 2               3               0              0     
變化量（mol） x/3            x             2x/3            x    
平衡量（mol）2-x/3          3-x           2x/3            x
K₂=K₁=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=64=$\frac{（\frac{x}{10}）^{3}}{（\frac{3-x}{10}）^{3}}$
解得：x=2.4mol
v（CO₂）=$\frac{\frac{2.4mol}{10L}}{5min}$=0.048mol/（L•min），
故答案為：0.048mol/（L•min）；
③A．m＞2n，錯誤，分析如下：
                 Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ•mol^-1
起始量（mol） 2               3               0              0     
變化量（mol） m/3            m             2m/3            m   
平衡量（mol）2-m/3          3-m           2m/3           m
K₂=K₁=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=64=$\frac{（\frac{m}{10}）^{3}}{（\frac{3-m}{10}）^{3}}$
解得：m=2.4mol
                 Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ•mol^-1
起始量（mol） 1               1.5               0              0     
變化量（mol） n/3            n             2n/3             n   
平衡量（mol）1-n/3          1.5-n           2n/3           n
K₂=K₁=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=64=$\frac{（\frac{n}{10}）^{3}}{（\frac{1.5-n}{10}）^{3}}$
解得：n=1.2mol，故A錯誤；
B．容器1和容器2中CO的平衡轉化率v₁＜v₂，錯誤，根據①②的數據分析如下：
v₁=$\frac{1.2}{1.5}$×100%=80%；v₂=$\frac{2.4}{3}$×100%=80%；故B錯誤；
C．該反應的正反應是放熱反應，1的溫度大于3，所以K₁＞K₃，故C錯誤；
D．1，3中氣體總物質的量不變，恒容條件下，壓強與溫度成正比，3的溫度高于1，所以平衡時氣體壓強：P₃＞P₁，故D正確．
故選D．
（4）①依據勒夏特列原理，升溫，平衡逆向移動，CO濃度增大，CO₂濃度減小，
故答案為：升溫；升溫，平衡逆向移動，CO濃度增大，CO₂濃度減�。�
②已知10min時，c（CO₂）=0.08mol/L，c（CO）=0.12mol/L，則該溫度下的平衡常數K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=$\frac{0.0{8}^{3}}{0.1{2}^{3}}$=$\frac{8}{27}$．
由圖可知容器的體積V=$\frac{1mol}{0.2mol/L}$=5L，則增加c（CO）=$\frac{1mol}{5L}$=0.2mol/L，c（CO₂）=$\frac{1mol}{5L}$=0.2mol/L．
                      Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol/L）                0.12+0.2                    0.08+0.2         
濃度商Q=$\frac{0.2{8}^{3}}{0.3{2}^{3}}$=$\frac{343}{512}$＞$\frac{8}{27}$，反應逆向進行，故v（正）＜v（逆）．
故答案為：＜；
（5）設產生xmolCO₂，根據2CO+O₂═2CO₂得關系式：2e-～CO₂．則x=1mol，
故答案為：1mol．

點評 本題考查蓋斯定律、化學平衡計算及反應速率計算，側重考查學生分析計算能力，注意平衡常數計算時要用濃度而不是物質的量，為易錯點．