Question

10．鐵是生產(chǎn)生活中應(yīng)用最廣泛的金屬，煉鐵技術(shù)備受關(guān)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(xué)鍵需要吸收1076KJ的能量
斷裂1mol CO₂（s）氣體中的化學(xué)鍵需要吸收1490KJ的能量
請(qǐng)回答：
（1）斷裂1mol C（s）中所有化學(xué)鍵需要吸收的能量為834.5kJ．
（2）T₁℃時(shí)，向密閉容器中加入一定量的Fe₂O₃和C，發(fā)生反應(yīng)①，達(dá)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(dá)到平衡時(shí)，CO₂的濃度為b mol•L^-1，則a=（選填“＞”“＜”或“=”）b．
（3）起始溫度均為T₂℃時(shí)，向容積為10L的三個(gè)恒容密閉容器中，分別加入一定量的Fe₂O₃和CO發(fā)生反應(yīng)②，測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)如表所示：

編號(hào)	容器	起始時(shí)物質(zhì)的量 mol		平衡時(shí)物質(zhì)的量/mol	平衡常數(shù)（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(shí)，容器1中反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=64．
②容器2中，5min達(dá)到平衡，則0～5min內(nèi)以CO₂表示該反應(yīng)的速率v（CO₂）=0.048mol/（L•min）．
③對(duì)于三個(gè)容器中的反應(yīng)，下列說法正確的是D（填選項(xiàng)字母）．
A．m＞2n  
B．容器1和容器2中CO的平衡轉(zhuǎn)化率v₁＜v₂．
C．K₁=K₃ 
D．平衡時(shí)氣體壓強(qiáng)：P₃＞P₁
（4）T₂℃時(shí)，向恒壓密閉容器中充入0.5mol Fe₂O₃和1.0mol CO，發(fā)生反應(yīng)②，CO和CO₂的物質(zhì)的量濃度（c）與時(shí)間（t）的關(guān)系如圖1所示．

①6min時(shí)，改變的外界條件未升溫，理由為升溫，平衡逆向移動(dòng)，CO濃度增大，CO₂濃度減�。�
②10min時(shí)，再向容器中加入1 mol Fe₂O₃、1 mol CO、1 mol Fe、1 mol CO₂、起始的反應(yīng)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(shí)，C口產(chǎn)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(dǎo)線中流過2mole^-，理論上C口被分離出的氣體的物質(zhì)的量最多為1mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律和結(jié)合反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的總鍵能減生成物的總鍵能列方程計(jì)算可求出；
（2）平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，故a=b；
（3）①依據(jù)化學(xué)平衡三段式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算得到；
②根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算反應(yīng)速率；
③根據(jù)化學(xué)平衡三段式計(jì)算和等效平衡去分析；
（4）①依據(jù)勒夏特列原理分析；
②根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)進(jìn)行判斷；
（5）電池反應(yīng)式為：2CO+O₂═2CO₂，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）根據(jù)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(shè)斷裂1mol C（s）中所有化學(xué)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(shù)只與溫度有關(guān)，T₁℃時(shí)，K=c（CO₂）=amol/L，故其他條件不變，縮小容器容積，再次達(dá)到平衡時(shí)，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(jù)反應(yīng)②熱化學(xué)方程式計(jì)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(shè)5min達(dá)到平衡時(shí)CO₂的物質(zhì)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(cuò)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(cuò)誤；
B．容器1和容器2中CO的平衡轉(zhuǎn)化率v₁＜v₂，錯(cuò)誤，根據(jù)①②的數(shù)據(jù)分析如下：
v₁=$\frac{1.2}{1.5}$×100%=80%；v₂=$\frac{2.4}{3}$×100%=80%；故B錯(cuò)誤；
C．該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，1的溫度大于3，所以K₁＞K₃，故C錯(cuò)誤；
D．1，3中氣體總物質(zhì)的量不變，恒容條件下，壓強(qiáng)與溫度成正比，3的溫度高于1，所以平衡時(shí)氣體壓強(qiáng)：P₃＞P₁，故D正確．
故選D．
（4）①依據(jù)勒夏特列原理，升溫，平衡逆向移動(dòng)，CO濃度增大，CO₂濃度減小，
故答案為：升溫；升溫，平衡逆向移動(dòng)，CO濃度增大，CO₂濃度減小；
②已知10min時(shí)，c（CO₂）=0.08mol/L，c（CO）=0.12mol/L，則該溫度下的平衡常數(shù)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(yīng)逆向進(jìn)行，故v（正）＜v（逆）．
故答案為：＜；
（5）設(shè)產(chǎn)生xmolCO₂，根據(jù)2CO+O₂═2CO₂得關(guān)系式：2e-～CO₂．則x=1mol，
故答案為：1mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律、化學(xué)平衡計(jì)算及反應(yīng)速率計(jì)算，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，注意平衡常數(shù)計(jì)算時(shí)要用濃度而不是物質(zhì)的量，為易錯(cuò)點(diǎn)．