Question

16．據(jù)報(bào)道，一定條件下 Fe₂O₃可被甲烷還原為“納米級(jí)”的金屬鐵．其反應(yīng)為：Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）?2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）
（1）反應(yīng)在5L的密閉容器中進(jìn)行，2min 后達(dá)到平衡，測(cè)得 Fe₂O₃在反應(yīng)中質(zhì)量減少 4.8g．則該段時(shí)間內(nèi)H₂的平均反應(yīng)速率為0.018mol•（L•min）^-1；
（2）將固定質(zhì)量的 Fe₂O₃（s）和 CH₄（g）置于恒溫恒壓容器中，在一定條件下反應(yīng)，能表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BCD；
A．CH₄的轉(zhuǎn)化率等于 CO的產(chǎn)率            B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
C．v 正（CO）：v 逆（H₂）=1：2              D．固體的總質(zhì)量不變
（3）FeO 可用CO進(jìn)行還原，已知：t℃時(shí)，F(xiàn)eO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）    K=0.5
若在 1L密閉容器中加入0.04mol FeO（s），并通入 x mol CO，t℃時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡．此時(shí)FeO（s）的轉(zhuǎn)化率為 50%，則x=0.06．
（4）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），c（CO₂）隨反應(yīng)時(shí)間t變化如圖中曲線Ⅰ所示．若在t₀時(shí)刻分別改變一個(gè)條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ和曲線Ⅲ．當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ時(shí)，改變的條件是加入催化劑．當(dāng)通過(guò)改變壓強(qiáng)使曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時(shí)，曲線Ⅲ達(dá)到平衡時(shí)容器的體積為2L．

Answer 1

分析 （1）n（Fe₂O₃）=$\frac{4.8g}{160g/mol}$=0.03mol，根據(jù)方程式知，有0.03mol氧化鐵參加反應(yīng)時(shí)有0.18mol氫氣生成，根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計(jì)算該段時(shí)間內(nèi)氫氣平均反應(yīng)速率；
（2）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，該物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
（4）參加反應(yīng)的n（FeO）=0.04mol×50%=0.02mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的n（CO）=n（CO₂）=n（FeO）=0.02mol，容器的體積為1L，則平衡時(shí)c（CO）=$\frac{x-0.02}{1}$mol/L、c（CO₂）=0.02mol/L，
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.02}{x-0.02}$=0.5，據(jù)此計(jì)算x值；
（4）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，體積是可變得是恒壓容器，說(shuō)明改變的是加入了催化劑；曲線I變?yōu)榍�線III時(shí)，一氧化碳的濃度由0.3mol/L變?yōu)?.45mol/L，容器的體積由3L變?yōu)?L．

解答 解：（1）n（Fe₂O₃）=$\frac{4.8g}{160g/mol}$=0.03mol，根據(jù)方程式知，有0.03mol氧化鐵參加反應(yīng)時(shí)有0.18mol氫氣生成，v（H₂）=$\frac{\frac{0.18mol}{5L}}{2min}$=0.018mol•（L•min）^-1，
故答案為：0.018mol•（L•min）^-1；
（2）A．CH₄的轉(zhuǎn)化率等于CO的產(chǎn)率時(shí)，該反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．v_正（CO）：v_逆（H₂）=1：2時(shí)，同一物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率相等，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．固體的總質(zhì)量不變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故選BCD；
（3）參加反應(yīng)的n（FeO）=0.04mol×50%=0.02mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的n（CO）=n（CO₂）=n（FeO）=0.02mol，容器的體積為1L，則平衡時(shí)c（CO）=$\frac{x-0.02}{1}$mol/L、c（CO₂）=0.02mol/L，
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.02}{x-0.02}$=0.5，x=0.06，
故答案為：0.06；
（4）分析圖象知t₀時(shí)刻改變一個(gè)條件，曲線I變?yōu)榍�線II，一氧化碳的平衡濃度沒有變化而達(dá)平衡的時(shí)間縮短，改變的條件是加入催化劑；反應(yīng)②為反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng)，改變壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，曲線I變?yōu)榍�線III時(shí)，一氧化碳的濃度由0.3mol/L變?yōu)?.45mol/L，容器的體積由3L變?yōu)?L．
故答案為：加入催化劑；2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，只有反應(yīng)前后改變的物理量不變時(shí)可逆反應(yīng)就達(dá)到平衡狀態(tài)，會(huì)化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算，題目難度不大．