Question

3．高爐煉鐵是冶煉鐵的主要方法，發(fā)生的主要反應(yīng)為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1．
（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨，s）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨，s）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
則a=-28.5．
（2）冶煉鐵反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，溫度升高后，K值減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“不變”或“減小”）．
（3）在T℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，在2L的恒容密閉容器甲和乙中，分別按如表所示數(shù)據(jù)加入物質(zhì)，反應(yīng)經(jīng)10分鐘后達(dá)到平衡．

	Fe2O3	CO	Fe	CO2
甲/mol	1.0	1.0	1.0	1.0
乙/mol	1.0	2.0	1.0	1.0

①甲容器中：CO的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，反應(yīng)從開(kāi)始到平衡CO₂平均反應(yīng)速率=0.03mol/（L．min）．
②下列說(shuō)法正確的是abc（填字母）．
a．容器內(nèi)氣體密度恒定時(shí)，標(biāo)志反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
b．甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率大于乙的
c．甲、乙兩容器中，CO的平衡濃度之比為2：3
d．增加Fe₂O₃的量可以提高CO的轉(zhuǎn)化率．

Answer 1

分析 （1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨，s）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨，s）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②×3可得：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），則△=△H₁-3△H₂；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
由（1）中可知正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；
（3）①令平衡時(shí)參加反應(yīng)的CO為xmol，表示出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，根據(jù)平衡常數(shù)列方程計(jì)算x，轉(zhuǎn)化率=$\frac{物質(zhì)的量變化量}{起始物質(zhì)的量}$×1005，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂）；
②a．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體密度發(fā)生變化，若容器內(nèi)氣體密度恒定時(shí)，標(biāo)志反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
b．甲為等效平衡，平衡時(shí)CO的含量相等，結(jié)合①中計(jì)算數(shù)據(jù)可知乙中平衡時(shí)CO的濃度，進(jìn)而計(jì)算轉(zhuǎn)化率判斷；
c．甲為等效平衡，平衡時(shí)CO的含量相等，CO的含量=$\frac{CO平衡濃度}{混合氣體總濃度}$；
d．固體量增加不影響化學(xué)平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉(zhuǎn)化率；

解答 解：（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
依據(jù)蓋斯定律，①-②×3得Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），故△H=489.0kJmol^-1-3×172.5kJmol^-1=-28.5kJmol^-1，
故答案為：-28.5；
（2）Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小；
故答案為：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；減�。�
（3）①在T℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，甲容器內(nèi)濃度商Qc=1，小于平衡常數(shù)，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，設(shè)消耗一氧化碳物質(zhì)的量為x，則：
        Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol）：1                1
變化量（mol）：x                x
平衡量（mol）：1-x              1+x
反應(yīng)前后氣體體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故 $\frac{（1+x）^{3}}{（1-x）^{3}}$=64，解得x=0.6，
故CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%，
v（CO₂）=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{10min}$=0.03mol/（L．min），
故答案為：60%； 0.03mol/（L．min）；
②a．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體密度發(fā)生變化，若容器內(nèi)氣體密度恒定時(shí)，標(biāo)志反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．甲為等效平衡，平衡時(shí)CO的含量相等，結(jié)合①中計(jì)算數(shù)據(jù)可知乙中平衡時(shí)CO的濃度為3mol/L×$\frac{0.4}{2}$=0.6mol/L，故乙中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{\frac{2mol}{2L}-0.6mol/L}{1mol/L}$=40%，故甲中CO轉(zhuǎn)化率更大，故b正確；
c．甲為等效平衡，平衡時(shí)CO的含量相等，由于CO的含量=$\frac{CO平衡濃度}{混合氣體總濃度}$，則平衡時(shí)甲、乙中CO的平衡濃度之比為2mo/L：3mol/L=2：3，故c正確；
d．Fe₂O₃為固體量，增加其用量，不影響化學(xué)平衡移動(dòng)，不能提高CO的轉(zhuǎn)化率，故d錯(cuò)誤，
故選：abc．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、平衡常數(shù)、反應(yīng)熱計(jì)算等，（3）中②為易錯(cuò)點(diǎn)，容易根據(jù)等效平衡認(rèn)為轉(zhuǎn)化率相等，難度中等．