Question

11．高爐煉鐵過程中發生的主要反應為：
①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H
已知1000℃時該反應的平衡常數K=64，該溫度下降2mol CO，3mol CO₂和一定量的Fe₂O₃，Fe加入10L恒容密閉容器中，10min后反應達到平衡狀態．
（1）已知：②4Fe（s）+3O₂（g）?2Fe₂O₃（s）△H=-1647kJ•mol^-1
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-282.8kJ•mol^-1
則反應①的△H=-24.9kJ•mol^-1．
（2）寫出反應①的平衡常數表達式：K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$．升高溫度，平衡常數減�。ㄌ睢霸龃蟆保�“減小”或“不變”）
（3）起始時反應①正向進行（選填“正向進行”或“逆向進行”）．欲使氣體反應物的轉化率達到最大，Fe₂O₃（填“Fe₂O₃”或“Fe”）的物質的量不能小于$\frac{1}{3}$．從反應開始至平衡，CO₂的平均反應速率為0.01mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）反應①是反應③×3-②×$\frac{1}{2}$得到的，可以根據蓋斯定律計算反應的焓變；
（2）平衡常數等于產物平衡濃度系數次方之積和反應物平衡濃度系數次方之積的比值，反應平衡常數和溫度有關，對放熱反應，升高溫度，K降低，對吸熱反應，升高溫度，K升高；
（3）根據Qc和K的大小確定反應的方向，根據平衡移動的影響因素以及化學反應速率v=$\frac{△c}{△t}$來計算即可．

解答 解：（1）已知：②4Fe（s）+3O₂（g）?2Fe₂O₃（s）△H=-1647kJ•mol^-1
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-282.8kJ•mol^-1
反應①是③×3-②×$\frac{1}{2}$得到的，所以①得焓變=（-282.8kJ•mol^-1）×3-（-1647kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$=-24.9kJ/mol，故答案為：-24.9；
（2）平衡常數等于產物平衡濃度系數次方之積和反應物平衡濃度系數次方之積的比值，反應①的平衡常數表達式：K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，反應平衡常數和溫度有關，該反應是放熱反應，升高溫度，K降低，故答案為：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；減小；
（3）根據Qc=$\frac{0．{3}^{3}}{0．{2}^{3}}$=3.375＜K，所以化學反應正向進行，達到化學平衡時，設CO的變化濃度是y，氧化鐵的初始物質的量是x，
         Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
初始濃度：0.2                0.3
變化濃度：y                  y
平衡濃度：0.2-y              0.3+y
$\frac{（0.3+y）^{3}}{（0.2-y）^{3}}$=64，解得y=0.1mol/L，要使得氣體反應物的轉化率達到最大，則x＞0.1mol/L×10L×$\frac{1}{3}$，即其物質的量則要大于$\frac{1}{3}$mol；
從反應開始至平衡，CO₂的平均反應速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.1mol/L}{10min}$=0.01mol/（L•min），
故答案為：正向進行；Fe₂O₃；$\frac{1}{3}$；0.01mol/（L•min）．

點評 本題綜合考查蓋斯定律的應用、化學反應速率和平衡的計算等知識，屬于綜合知識的考查，難度不大．