Question

9．高爐煉鐵過程中發生的主要反應為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）．已知該反應在不同溫度下的平衡常數列于表中：

溫度/℃	1000	1150	1300
平衡常數	64.0	50.653	42.875

（1）寫出該反應的平衡常數表達式：K=$\frac{[C{O}_{2}]^{3}}{[CO]^{3}}$．
（2）在一個容積為10L的密閉容器中，1000℃時加入Fe₂O₃、CO各1.0mol，反應經過l0min后達到平衡．求該時間范圍內反應的平均反應速率υ（CO₂）=0.008mol•L^-1•min^-1；平衡時，c（CO）=0.02mol/L．
（3）欲提高（2）中CO的反應速率，可采取的措施是DEF．
A．減少Fe的量     B．增加Fe₂O₃的量     C．移出部分CO₂
D．提高反應溫度    E．減小容器的體積     F．加入合適的催化劑
（4）在1L的密閉容器中，1300℃條件，下列達平衡狀態的是A．

	A	B	C	D
n（Fe2O3）	0.350	0.027	0.080	0.080
n（CO）	0.010	0.010	0.010	0.050
n（Fe）	0.100	0.064	0.080	0.080
n（CO2）	0.035	0.088	0.040	0.050

（5）鐵是國家的工業基礎，下列哪些裝置可防止鐵棒被腐蝕BD．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，據此書寫，注意固體、純液體的濃度為常數，不需要寫固體、純液體；
（2）令平衡時CO的物質的量變化為nmol，利用三段式表示出平衡時CO、CO₂的物質的量，化學計量數都是1，利用物質的量代替濃度代入平衡常數計算n的值，進而計算CO的濃度變化量，利用v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO），再利用轉化率定義計算CO的轉化率；
（3）提高CO的反應速率，可以升溫、加壓、使用催化劑，據此分析；
（4）化學計量數都是1，利用物質的量代替濃度計算各狀態的濃度商Qc，與平衡常數比較，據此判斷；
（5）根據金屬生銹的條件以及原電池和電解池的工作原理知識來回答判斷．

解答 解：（1）反應Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）的平衡常數k=$\frac{[C{O}_{2}]^{3}}{[CO]^{3}}$，
故答案為：$\frac{[C{O}_{2}]^{3}}{[CO]^{3}}$；
（2）令平衡時CO的物質的量變化為nmol，則
 Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
開始（mol）：1                 0
變化（mol）：n                 n
平衡（mol）：1-n               n
所以$\frac{{n}^{3}}{（1-n）^{3}}$=64，解得n=0.8，
所以n（CO）=$\frac{\frac{0.8mol}{10L}}{10min}$=0.008 mol•L^-1•min^-1，
CO的平衡濃度為 0.02mol/L，
故答案為：0.008 mol•L^-1•min^-1； 0.02mol/L；
（3）A．鐵是固體，減少Fe的量，不影響反應速率，故A錯誤；
B．氧化鐵是固體，增加Fe₂O₃的量，不影響反應速率，故B錯誤；
C．移出部分CO₂，平衡向正反應移動，CO的反應速率逐漸減慢，故C錯誤；
D．升溫，正逆反應速率都增大，故D正確；
E．減小容器的容積，增大壓強反應速率加快，故E正確；
F．加入合適的催化劑，反應速率加快，故F正確；
故答案為：DEF；
（4）A、濃度商Qc=$\frac{0.03{5}^{3}}{0.0{1}^{3}}$=42.875，等于平衡常數，故處于平衡狀態，故A符合；
B、濃度商Qc=$\frac{0.8{8}^{3}}{0.0{1}^{3}}$=681472，大于平衡常數42.875，故反應向逆反應進行，故B不符合；
C、濃度商Qc=$\frac{0.0{4}^{3}}{0.0{1}^{3}}$=64，大于平衡常數42.875，故反應向逆反應進行，故C不符合；
D、濃度商Qc=$\frac{0.0{5}^{3}}{0.0{5}^{3}}$=1，小于平衡常數42.875，故反應向正反應進行，故D不符合；
故答案為：A；
（5）B裝置中，金屬鐵做原電池的正極，被保護，不易生銹，D裝置中，金屬鐵作陰極，被保護起來，C裝置具備金屬生銹的條件，A裝置中，金屬鐵是原電池的負極，易被腐蝕，
故答案為：BD．

點評 本題考查化學平衡的有關計算、化學反應速率計算、平衡常數、金屬腐蝕等，難度中等，注意掌握化學平衡常數的應用：1、用來判斷反應進行的程度，2、判斷反應的熱效應，3、判斷反應進行的方向，4、用來計算物質的轉化率．