Question

18．運用化學反應原理研究氮、氧等單質及其化合物的反應有重要意義．
（1）已知：$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{2}$O₂⁺（g）+$\frac{1}{2}$e-△H₁=+587.9kJ/mol    K₁
PtF₆（g）+e^-═PtF₆^-（g）△H₂=-771.1kJ/mol   K₂
O₂⁺PtF₆^-（s）═O₂⁺（g）+PtF₆^-（g）△H₃=+482.2kJ/mol  K₃
則反應O₂（g）+PtF₆（g）═O₂⁺PtF₆^-（s）的△H=-77.5kJ/mol，K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{K}_{3}}$（用K₁、K₂、K₃表示）
（2）一定條件下，鐵可以和CO₂發(fā)生反應：Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），已知該反應的平衡常數(shù)K 與溫度T 的關系如圖甲所示．

①T℃、p Pa壓強下的密閉容器中進行反應，下列能說明反應達到平衡狀態(tài)的是ad．
a．混合氣體的平均相對分子質量不再變化
b．容器內壓強不再變化
c．v_正（CO₂）=v_逆 （FeO）
d．CO₂的體積分數(shù)不再變化
②T₁溫度下，向體積為VL的密閉容器中加入足量鐵粉并充入一定量的CO₂，達到平衡時則CO₂的平衡轉化率為50%；反應過程中體系的能量增多（增多或降低）
③T₂溫度下，恒容密閉容器中，反應過程中測定CO和CO₂物質的量與時間的關系如圖乙所示．則T₁＞T₂（填＞、＜或=），CO₂的平衡轉化率為66.7%，平衡時混合氣體的密度與起始時氣體的密度之比為25：33．

Answer 1

分析 （1）已知：①$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{2}$O₂⁺（g）+$\frac{1}{2}$e-△H₁=+587.9kJ/mol    K₁
②PtF₆（g）+e^-═PtF₆^-（g）△H₂=-771.1kJ/mol   K₂
③O₂⁺PtF₆^-（s）═O₂⁺（g）+PtF₆^-（g）△H₃=+482.2kJ/mol  K₃
根據(jù)蓋斯定律：①×2÷②-③可得O₂（g）+PtF₆（g）═O₂⁺PtF₆^-（s），據(jù)此計算；
（2）①當反應達到平衡狀態(tài)時，正、逆反應速率相等（同種物質），各物質的濃度、含量不再改變，以及由此衍生的一些物理量也不變，以此進行判斷；
②T₁溫度下反應的平衡常數(shù)為1，結合平衡三段式列式計算，轉化率=$\frac{轉化量}{起始量}$×100%計算；反應放熱，體系能量增多；
③計算T₂溫度下的K，與T₁的K比較可得，結合平衡三段式列式計算，轉化率=$\frac{轉化量}{起始量}$×100%計算轉化率，平衡時混合氣體的密度與起始時氣體的密度之比為氣體摩爾質量之比．

解答 解：（1）已知：①$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{2}$O₂⁺（g）+$\frac{1}{2}$e-△H₁=+587.9kJ/mol    K₁
②PtF₆（g）+e^-═PtF₆^-（g）△H₂=-771.1kJ/mol   K₂
③O₂⁺PtF₆^-（s）═O₂⁺（g）+PtF₆^-（g）△H₃=+482.2kJ/mol  K₃
根據(jù)蓋斯定律：①×2÷②-③可得O₂（g）+PtF₆（g）═O₂⁺PtF₆^-（s），△H=-77.5kJ/mol，K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{K}_{3}}$；
故答案為：-77.5kJ/mol；$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{K}_{3}}$；
（2）①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），反應前后是氣體體積不變的放熱反應，
a、反應前后氣體物質的量不變，氣體質量發(fā)生變化，混合氣體的平均相對分子質量不再變化，說明反應達到平衡狀態(tài)，a正確；
b、反應前后氣體體積不變，容器內壓強始終不發(fā)生變化，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c、氧化亞鐵是固體，不能表示反應速率，故c錯誤；
d、隨著反應的進行，CO₂的量減少，當體積分數(shù)不再變化達平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：ad；
②T₁溫度下，向體積為V L的密閉容器中加入足量鐵粉并充入一定量的CO₂，平衡常數(shù)為1，設二氧化碳起始量為x，變化量為y，
        Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），
起始量           x                0
變化量           y                y
平衡量         x-y                y
平衡常數(shù)K=$\frac{y÷V}{（x-y）÷V}$=1，解得$\frac{y}{x}$=0.5=50%；反應放熱，反應過程體系能量增多；
故答案為：50%；增多；
③根據(jù)圖乙，設反應容器容積為V L，則K₂=$\frac{2÷V}{1÷V}$=2，反應放熱，化學平衡常數(shù)增大，說明反應溫度降低，T₁＞T₂；T₂溫度下，設反應容器容積為V L，平衡常數(shù)為2，設二氧化碳起始量為a，變化量為b，
                   Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），
起始量          a                0
變化量           b               b
平衡量         a-b               b
平衡常數(shù)K=$\frac{b÷V}{（a-b）÷V}$=2，解得：$\frac{a}$=$\frac{2}{3}$=66.7%；平衡時混合氣體的密度與起始時氣體的密度之比為氣體摩爾質量之比$\frac{44（a-b）+28b}{a}$：44=25：33；
故答案為：＞； 66.7%； 25：33．

點評 本題考查了化學平衡圖象分析，影響因素判斷，熱化學方程式書寫，混合物反應的計算，題目難度中等，涉及焓變、反應熱、物質的量的計算，試題計算量較大，充分考查學生的分析、理解能力及化學計算能力，明確發(fā)生反應的原理為解答關鍵．