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鐵元素是重要的金屬元素,單質鐵在工業和生活中使用得最為廣泛。鐵還有很多重要的化合物及其化學反應。如鐵與水反應:3Fe(s)+4H2O(g)=Fe3O4(s)+4H2(g)   △H

(1)上述反應的平衡常數表達式K=_______。

(2)    已知:①3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s)   △H1=-1118.4kJ/mol

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)   △H2=-483.8kJ/mol

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)   △H3=-571.8kJ/mol

則△H=_______。

(3)在t0C時,該反應的平衡常數K=16,在2L恒溫恒容密閉容器甲和乙中,分別按下表所示加入物質,反應經過一段時間后達到平衡。

 

Fe

H2O(g)

Fe3O4

H2

甲/mol

1.0

1.0

1.0

1.0

乙/mol

1.0

1.5

1.0

1.0

 

①甲容器中H2O的平衡轉化率為_______ (結果保留一位小數)。

②下列說法正確的是_______ (填編號)

A.若容器壓強恒定,則反應達到平衡狀態

B.若容器內氣體密度恒定,則反應達到平衡狀態

C.甲容器中H2O的平衡轉化率大于乙容器中H2O的平衡轉化率

D.增加Fe3O4就能提高H2O的轉化率

(4)若將(3)中裝置改為恒容絕熱(不與外界交換能量)裝置,按下表充入起始物質,起始時與平衡后的各物質的量見表:

 

Fe

H2O(g)

Fe3O4

H2

起始/mol

3.0

4.0

0

0

平衡/mol

m

n

p

q

 

若在達平衡后的裝置中繼續加入A、B、C三種狀況下的各物質,見表:

 

Fe

H2O(g)

Fe3O4

H2

A/mol

3.0

4.0

0

0

B/mol

0

0

1

4

C/mol

m

n

p

q

 

當上述可逆反應再一次達到平衡狀態后,上述各裝置中H2的百分含量按由大到小的順序排列的關系是

________(用A、B、C表示)。

(5)已知Fe(OH)3的Ksp=2.79×1039,而FeCl3溶液總是顯示較強的酸性,若某FeCl3溶液的pH為3,則該溶液中c(Fe3+)=________mol • L-1 (結果保留3位有效數字)

 

【答案】

(每空2分,最后兩空每空3分,共計14分)(1)K=  (2)-150.8kJ/mol

(3)①33.3% ②BC (4)B>C>A  (5)2.79×106

【解析】

試題分析:(1)化學平衡常數是在一定條件下,當可逆反應達到平衡狀態時,生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值,所以根據該反應的化學方程式可知,平衡常數表達式K=

(2)根據蓋斯定律可知,①-②×2即得到反應3Fe(s)+4H2O(g)=Fe3O4(s)+4H2(g),所以該反應的反應熱△H=-1118.4kJ/mol+483.8kJ/mol×2=-150.8kJ/mol。

(3)①           3Fe(s)+4H2O(g)=Fe3O4(s)+4H2(g)

起始濃度(mol/L)         0.5               0.5

轉化濃度(mol/L)         x                 x

平衡濃度(mol/L)      0.5-x             0.5+x

則根據平衡常數K=可知=16

解得x=,所以水蒸氣的轉化率=×100%=33.3%

②A、反應前后體積不變,壓強始終不變,所以若容器壓強恒定,則反應不一定達到平衡狀態,A不正確;B、密度是混合氣的質量和容器容積的比值,在反應過程中容器容積不變,氮氣體的質量是變化的,所以若容器內氣體密度恒定,則反應達到平衡狀態,B正確;C、乙容器相當于是在甲容器的基礎上增加水蒸氣的濃度,平衡向正反應方向移動,但水蒸氣的轉化率降低,即甲容器中H2O的平衡轉化率大于乙容器中H2O的平衡轉化率,C正確;D、四氧化三鐵是固體,所以增加Fe3O4不能提高H2O的轉化率,D不正確,答案選BC。

(4)A相當于是在原平衡的基礎上增大壓強平衡不移動,但反應放熱多。由于是絕熱容器,溫度升高,使平衡向逆反應方向移動,氫氣含量降低;B也相當于是在原平衡的基礎上增大壓強平衡不移動,但反應吸熱。由于是絕熱容器,溫度降低,使平衡向正反應方向移動,氫氣含量增大;C相當于是等效平衡,氫氣含量不變,所以各裝置中H2的百分含量按由大到小的順序排列的關系是B>C>A。

(5)FeCl3溶液的pH為3,則溶液中c(OH)=1011mol/L,所以Fe(OH)3的Ksp=2.79×1039可知,溶液中c(Fe3+)==2.79×106mol/L。

考點:考查平衡常數、蓋斯定律的應用、外界條件對平衡狀態的影響、轉化率以及溶度積常數的有關計算

 

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