Question

【題目】工業(yè)煉鐵過程中涉及到的主要反應(yīng)有：

i.C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393kJ/mol

ii.C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172kJ/mol

iii.Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)△H3

iv.2Fe2O3(s)+3C(s)4Fe(s)+3CO2(g)△H4=+460kJ/mol

回答下列問題：

(1)反應(yīng)iv_________(填“能”或“不能”)在任何溫度下自發(fā)進(jìn)行。

(2)△H3=_________kJ/mol。

(3)T1時(shí)，向容積為10L的恒容密閉容器中加入3molFe2O3和3molCO發(fā)生反應(yīng)iii，5min時(shí)達(dá)到平衡，平衡時(shí)測(cè)得混合氣體中CO2的體積分?jǐn)?shù)為80%。

①0~5min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v(CO2)=_________molL-lmin-l。

②該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為_________。

③若將平衡后的混合氣體通入1L3.6mol/L的NaOH溶液，恰好完全反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為_________，所得溶液中離子濃度由大到小的順序是_________

④下列選項(xiàng)中能夠說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_________(填序號(hào))。

a.Fe2O3的物質(zhì)的量不再變化

b.體系的壓強(qiáng)保持不變

c.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

d.單位時(shí)間內(nèi)消耗CO和生成CO2的物質(zhì)的量相等

(4)一定條件下進(jìn)行反應(yīng)iii，正向反應(yīng)速率與時(shí)間的關(guān)系如圖所示，t2時(shí)刻改變了一個(gè)外界條件，可能是_________。

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Answer 1

【答案】不能 -28 0.048 64 2CO2+3OHˉ=CO+HCO+H2O c(Na+)＞c(HCO)＞c(CO)＞ c(OHˉ) ＞ c(H+) ac 恒壓條件下充入一定量的二氧化碳?xì)怏w

【解析】

(3)初始投料為3molFe2O3和3molCO，Fe2O3和Fe均為固體，容器恒容，則根據(jù)反應(yīng)方程式可知反應(yīng)過程中氣體的總物質(zhì)的量不變，始終為3mol；平衡時(shí)CO2的體積分?jǐn)?shù)為80%，即物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為80%，所以n(CO2)=3mol×80%=2.4mol，n(CO)=0.6mol。

(1)當(dāng)△G=△H-T△S＜0時(shí)反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)iv的焓變△H4＞0，該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，所以△S＞0，不能滿足任何溫度下△G都小于0，所以該反應(yīng)不能在任何溫度下自發(fā)進(jìn)行；

(2)已知：i.C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393kJ/mol

ii.C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172kJ/mol

iii.Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)△H3

iv.2Fe2O3(s)+3C(s)4Fe(s)+3CO2(g)△H4=+460kJ/mol

由蓋斯定律可知(iv-ii×3)得到Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H3=[+460kJ/mol-(+172kJ/mol)×3]= -28kJ/mol；

(3)①根據(jù)分析可知0-5min內(nèi)△n(CO2)=2.4mol，容器的容積為10L，所以v(CO2)==0.048mol·L-1·min-1；

②平衡時(shí)c(CO2)=0.24mol/L，c(CO)=0.06mol/L，平衡常數(shù)K==64；

③混合氣體中n(CO2)=2.4mol，1L3.6mol/L的NaOH溶液中n(NaOH)=3.6mol，n(CO2)： n(NaOH:2:3，所以該反應(yīng)的離子方程式為2CO2+3OHˉ=CO+HCO+H2O，反應(yīng)后溶液中的溶質(zhì)為等物質(zhì)的量濃度的Na2CO3和NaHCO3；Na+不發(fā)生水解，所以c(Na+)最大；碳酸根的水解程度大于碳酸氫根，所以c(HCO)＞c(CO；溶液顯堿性，所以c(OHˉ) ＞ c(H+)，水解是微弱的，所以溶液中離子濃度由大到小為c(Na+)＞ c(HCO)＞c(CO)＞ c(OHˉ) ＞ c(H+)；

④a．固體的物質(zhì)的量不再變化，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a能說明；

b．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量始終不變，體系的壓強(qiáng)始終保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b不能說明；

c．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，氣體物質(zhì)的量不變，所以未平衡時(shí)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量會(huì)發(fā)生改變，當(dāng)其保持不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c能說明；

d．消耗CO和生成CO2均為正反應(yīng)，只要反應(yīng)發(fā)生單位時(shí)間內(nèi)消耗CO和生成CO2的物質(zhì)的量就相等，故其不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d不能說明；

綜上所述選ac；

(4)據(jù)圖可知t2時(shí)刻正反應(yīng)速率突然減小，然后又逐漸增大，之后達(dá)到平衡時(shí)與原平衡的反應(yīng)速率相等，說明反應(yīng)物的濃度先是被減小，然后又逐漸增大，則該條件改變后平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度可以使平衡逆向移動(dòng)，但升高溫度不能使正反應(yīng)速率減小。而該反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變，若保持壓強(qiáng)不變向密閉容器中充入二氧化碳，則容器的體積增大導(dǎo)致一氧化碳的濃度減小，正反應(yīng)速率減小，則二氧化碳的濃度增大了，逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)溫度不變K=不變，且壓強(qiáng)不變時(shí)氣體的濃度不變，所以再次平衡時(shí)正反應(yīng)速率與原平衡相等。因此，改變的條件可能是：恒壓條件下充入一定量的二氧化碳?xì)怏w。