Question

11．鐵是當代社會中用量最大的金屬之一．磁鐵礦是工業(yè)上冶煉鐵的原料之一，發(fā)生的主要反應為：Fe₃O₄（s）+4CO?3Fe（s）+4CO₂
（1）已知：①Fe₃O₄（s）+4C（石墨）?3Fe（s）+4CO（g）△H=+646.0kJ/mol
②C（石墨）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172.5kJ/mol
由Fe₃O₄（s）與CO反應生成Fe（s）的熱化學方程式是Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-44.0kJ/mol．
（2）T℃時，在 2L恒容密閉容器中，加入Fe₃O₄、CO各1.0mol，10min反應達到平衡時，容器中CO₂的濃度是0.4mol/L．
①能證明該反應達到化學平衡的是c（選填字母）．
a．容器內(nèi)壓強不再變化            b．容器內(nèi)CO、CO₂物質(zhì)的量比為1：1
c．容器內(nèi)氣體的質(zhì)量不再變化      d．生成CO₂的速率與消耗CO的速率相等
②CO的平衡轉(zhuǎn)化率是80%．
③l0min內(nèi)，反應的平均反應速率v （CO₂）=0.04mol/（L．min）．
④欲提高該反應中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是b（選填字母）．
a．提高反應溫度              b．移出部分CO₂
c．加入合適的催化劑          d．減小容器的容積
⑤T℃時，該反應的平衡常數(shù)K=256．

Answer 1

分析 （1）發(fā)生反應：Fe₃O₄+4CO=3Fe+4CO₂，根據(jù)蓋斯定律書寫目標熱化學方程式；
（2）①可逆反應到達平衡時，正、逆反應速率相等，各組分的濃度、含量不變，由此衍生的一些其它物理量不變，注意判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到不變化，說明到達平衡；
②利用三段式計算平衡時各組分濃度、各組分濃度變化量，進而計算CO的轉(zhuǎn)化率；
③根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂）；
④欲提高該反應中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應改變條件使平衡向正反應方向移動，結(jié)合平衡移動原理方向，注意反應前后氣體的體積不變；
⑤結(jié)合②中的計算，代入平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{4}（C{O}_{2}）}{{c}^{4}（CO）}$計算．

解答 解：（1）已知：①Fe₃O₄（s）+4C（石墨）?3Fe（s）+4CO（g）△H=+646.0kJ/mol
②C（石墨）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172.5kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-②×4可得Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g），故△H=+646.0kJ/mol-4×（+172.5kJ/mol）=-44.0kJ/mol，故反應熱化學方程式為：Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-44.0kJ/mol，
故答案為：Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-44.0kJ/mol；
（2）對應可逆反應：Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-44.0kJ/mol，
①a．反應前后氣體的體積不變，容器內(nèi)壓強始終不變化，壓強不變化不能說明到達平衡，故a錯誤；
b．容器內(nèi)CO、CO₂物質(zhì)的量比與CO的轉(zhuǎn)化率有關，平衡時不一定為1：1，故b錯誤；
c．氣體有CO轉(zhuǎn)化為二氧化碳，氣體的質(zhì)量增大，容器內(nèi)氣體的質(zhì)量不再變化，說明反應到達平衡，故c正確；
d．生成CO₂的速率與消耗CO的速率相等，均表示正反應速率，反應始終按速率之比為1：1進行，故d錯誤，
故答案為：c；
②T℃時，在 2L恒容密閉容器中，加入Fe₃O₄、CO各1.0mol，10min反應達到平衡時，容器中CO₂的濃度是0.4mol/L，則：
   Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g）
開始（mol/L）：0.5                0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：0.4                0.4
平衡（mol/L）：0.1                0.4
故CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.4mol/L}{0.5mol/L}$×100%=80%，
故答案為：80%；
③10min內(nèi)v（CO₂）=$\frac{0.4mol/L}{10min}$=0.04mol/（L．min），
故答案為：0.04mol/（L．min）；
④欲提高該反應中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應改變條件使平衡向正反應方向移動，
a．正反應為放熱反應，提高反應溫度，平衡向逆反應方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故a錯誤；
b．移出部分CO₂，平衡向正反應方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故b正確；
c．加入合適的催化劑，同等程度增大正、逆反應速率，縮短到達平衡的時間，平衡不移動，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故c錯誤；
d．減小容器的容積，壓強增大，由于反應氣體氣體的體積不變，平衡不一定，CO轉(zhuǎn)化率不變，故d錯誤，
故答案為：b；
⑤由平衡時二氧化碳濃度為0.4mol/L，由②中的計算可知，平衡時CO濃度為0.1mol/L，故該穩(wěn)定性平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{4}（C{O}_{2}）}{{c}^{4}（CO）}$=$\frac{0．{4}^{4}}{0．{1}^{4}}$=256，
故答案為：256．

點評 本題比較綜合，涉及熱化學方程式書寫、平衡狀態(tài)判斷、反應速率計算、平衡常數(shù)計算、化學平衡移動及計算等，注意平衡狀態(tài)判斷中選擇判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化，說明到達平衡，（3）中平衡常數(shù)計算時注意：同一反應中化學計量數(shù)不同，平衡常數(shù)也發(fā)生變化，難度中等．