Question

19．铁是当代社会中用量最大的金属之一．磁铁矿是工业上冶炼铁的原料之一，发生的主要反应为：
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）与CO反应生成Fe（s）的热化学方程式是Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-44.0kJ/mol．
（2）T℃时，在 2L恒容密闭容器中，加入Fe₃O₄、CO各1.0mol，10min反应达到平衡时，容器中CO₂的浓度是0.4mol/L．
①能证明该反应达到化学平衡的是c（选填字母）．
a．容器内压强不再变化           
b．容器内CO、CO₂物质的量比为1：1
c．容器内气体的质量不再变化      
d．生成CO₂的速率与消耗CO的速率相等
②CO的平衡转化率是80%．
③l0min内，反应的平均反应速率v （CO₂）=0.04mol/（L．min）．
④欲提高该反应中CO的平衡转化率，可采取的措施是b（选填字母）．
a．提高反应温度   b．移出部分CO₂  c．加入合适的催化剂   d．减小容器的容积
⑤T℃时，该反应的平衡常数K=256．

Answer 1

分析 （1）发生反应：Fe₃O₄+4CO=3Fe+4CO₂，根据盖斯定律书写目标热化学方程式；
（2）①可逆反应到达平衡时，正、逆反应速率相等，各组分的浓度、含量不变，由此衍生的一些其它物理量不变，注意判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，当该物理量由变化到不变化，说明到达平衡；
②利用三段式计算平衡时各组分浓度、各组分浓度变化量，进而计算CO的转化率；
③根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂）；
④欲提高该反应中CO的平衡转化率，应改变条件使平衡向正反应方向移动，结合平衡移动原理方向，注意反应前后气体的体积不变；
⑤结合②中的计算，代入平衡常数K=$\frac{{c}^{4}（C{O}_{2}）}{{c}^{4}（CO）}$计算．

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
根据盖斯定律，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，故反应热化学方程式为：Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-44.0kJ/mol，
故答案为：Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-44.0kJ/mol；
（2）对应可逆反应：Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-44.0kJ/mol，
①a．反应前后气体的体积不变，容器内压强始终不变化，压强不变化不能说明到达平衡，故a错误；
b．容器内CO、CO₂物质的量比与CO的转化率有关，平衡时不一定为1：1，故b错误；
c．气体有CO转化为二氧化碳，气体的质量增大，容器内气体的质量不再变化，说明反应到达平衡，故c正确；
d．生成CO₂的速率与消耗CO的速率相等，均表示正反应速率，反应始终按速率之比为1：1进行，故d错误，
故答案为：c；
②T℃时，在 2L恒容密闭容器中，加入Fe₃O₄、CO各1.0mol，10min反应达到平衡时，容器中CO₂的浓度是0.4mol/L，则：
            Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g）
开始（mol/L）：0.5                0
转化（mol/L）：0.4                0.4
平衡（mol/L）：0.1                0.4
故CO的转化率为$\frac{0.4mol/L}{0.5mol/L}$×100%=80%，
故答案为：80%；
③10min内v（CO₂）=$\frac{0.4mol/L}{10min}$=0.04mol/（L．min），
故答案为：0.04mol/（L．min）；
④欲提高该反应中CO的平衡转化率，应改变条件使平衡向正反应方向移动，
a．正反应为放热反应，提高反应温度，平衡向逆反应方向移动，CO的转化率降低，故a错误；
b．移出部分CO₂，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故b正确；
c．加入合适的催化剂，同等程度增大正、逆反应速率，缩短到达平衡的时间，平衡不移动，CO的转化率不变，故c错误；
d．减小容器的容积，压强增大，由于反应气体气体的体积不变，平衡不一定，CO转化率不变，故d错误，
故答案为：b；
⑤由平衡时二氧化碳浓度为0.4mol/L，由②中的计算可知，平衡时CO浓度为0.1mol/L，故该稳定性平衡常数K=$\frac{{c}^{4}（C{O}_{2}）}{{c}^{4}（CO）}$=$\frac{0．{4}^{4}}{0．{1}^{4}}$=256，
故答案为：256．

点评 本题比较综合，涉及热化学方程式书写、平衡状态判断、反应速率计算、平衡常数计算、化学平衡移动及计算等，注意平衡状态判断中选择判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化，说明到达平衡，（3）中平衡常数计算时注意：同一反应中化学计量数不同，平衡常数也发生变化，难度中等．