Question

11．鐵是當(dāng)代社會(huì)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(yīng)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(yīng)生成Fe（s）的熱化學(xué)方程式是Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-44.0kJ/mol．
（2）T℃時(shí)，在 2L恒容密閉容器中，加入Fe₃O₄、CO各1.0mol，10min反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器中CO₂的濃度是0.4mol/L．
①能證明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡的是c（選填字母）．
a．容器內(nèi)壓強(qiáng)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(yīng)的平均反應(yīng)速率v （CO₂）=0.04mol/（L．min）．
④欲提高該反應(yīng)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(yīng)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(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=256．

Answer 1

分析 （1）發(fā)生反應(yīng)：Fe₃O₄+4CO=3Fe+4CO₂，根據(jù)蓋斯定律書(shū)寫(xiě)目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（2）①可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，正、逆反應(yīng)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(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到不變化，說(shuō)明到達(dá)平衡；
②利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分濃度、各組分濃度變化量，進(jìn)而計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率；
③根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂）；
④欲提高該反應(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，結(jié)合平衡移動(dòng)原理方向，注意反應(yīng)前后氣體的體積不變；
⑤結(jié)合②中的計(jì)算，代入平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{4}（C{O}_{2}）}{{c}^{4}（CO）}$計(jì)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(yīng)熱化學(xué)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(duì)應(yīng)可逆反應(yīng)：Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-44.0kJ/mol，
①a．反應(yīng)前后氣體的體積不變，容器內(nèi)壓強(qiáng)始終不變化，壓強(qiáng)不變化不能說(shuō)明到達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；
b．容器內(nèi)CO、CO₂物質(zhì)的量比與CO的轉(zhuǎn)化率有關(guān)，平衡時(shí)不一定為1：1，故b錯(cuò)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(shuō)明反應(yīng)到達(dá)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(yīng)速率，反應(yīng)始終按速率之比為1：1進(jìn)行，故d錯(cuò)誤，
故答案為：c；
②T℃時(shí)，在 2L恒容密閉容器中，加入Fe₃O₄、CO各1.0mol，10min反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器中CO₂的濃度是0.4mol/L，則：
   Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g）
開(kāi)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(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
a．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故a錯(cuò)誤；
b．移出部分CO₂，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，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(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，平衡不移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故c錯(cuò)誤；
d．減小容器的容積，壓強(qiáng)增大，由于反應(yīng)氣體氣體的體積不變，平衡不一定，CO轉(zhuǎn)化率不變，故d錯(cuò)誤，
故答案為：b；
⑤由平衡時(shí)二氧化碳濃度為0.4mol/L，由②中的計(jì)算可知，平衡時(shí)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(diǎn)評(píng) 本題比較綜合，涉及熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、平衡狀態(tài)判斷、反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)及計(jì)算等，注意平衡狀態(tài)判斷中選擇判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化，說(shuō)明到達(dá)平衡，（3）中平衡常數(shù)計(jì)算時(shí)注意：同一反應(yīng)中化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，平衡常數(shù)也發(fā)生變化，難度中等．