题目内容

铁元素是重要的金属元素,单质铁在工业和生活中使用得最为广泛。铁还有很多重要的化合物及其化学反应。如铁与水反应:3Fe(s)+4H2O(g)=Fe3O4(s)+4H2(g)   △H

(1)上述反应的平衡常数表达式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

则△H=_______。

(3)在t0C时,该反应的平衡常数K=16,在2L恒温恒容密闭容器甲和乙中,分别按下表所示加入物质,反应经过一段时间后达到平衡。

 

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的平衡转化率为_______ (结果保留一位小数)。

②下列说法正确的是_______ (填编号)

A.若容器压强恒定,则反应达到平衡状态

B.若容器内气体密度恒定,则反应达到平衡状态

C.甲容器中H2O的平衡转化率大于乙容器中H2O的平衡转化率

D.增加Fe3O4就能提高H2O的转化率

(4)若将(3)中装置改为恒容绝热(不与外界交换能量)装置,按下表充入起始物质,起始时与平衡后的各物质的量见表:

 

Fe

H2O(g)

Fe3O4

H2

起始/mol

3.0

4.0

0

0

平衡/mol

m

n

p

q

 

若在达平衡后的装置中继续加入A、B、C三种状况下的各物质,见表:

 

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

 

当上述可逆反应再一次达到平衡状态后,上述各装置中H2的百分含量按由大到小的顺序排列的关系是

________(用A、B、C表示)。

(5)已知Fe(OH)3的Ksp=2.79×1039,而FeCl3溶液总是显示较强的酸性,若某FeCl3溶液的pH为3,则该溶液中c(Fe3+)=________mol • L-1 (结果保留3位有效数字)

 

【答案】

(每空2分,最后两空每空3分,共计14分)(1)K=  (2)-150.8kJ/mol

(3)①33.3% ②BC (4)B>C>A  (5)2.79×106

【解析】

试题分析:(1)化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据该反应的化学方程式可知,平衡常数表达式K=

(2)根据盖斯定律可知,①-②×2即得到反应3Fe(s)+4H2O(g)=Fe3O4(s)+4H2(g),所以该反应的反应热△H=-1118.4kJ/mol+483.8kJ/mol×2=-150.8kJ/mol。

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

起始浓度(mol/L)         0.5               0.5

转化浓度(mol/L)         x                 x

平衡浓度(mol/L)      0.5-x             0.5+x

则根据平衡常数K=可知=16

解得x=,所以水蒸气的转化率=×100%=33.3%

②A、反应前后体积不变,压强始终不变,所以若容器压强恒定,则反应不一定达到平衡状态,A不正确;B、密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中容器容积不变,氮气体的质量是变化的,所以若容器内气体密度恒定,则反应达到平衡状态,B正确;C、乙容器相当于是在甲容器的基础上增加水蒸气的浓度,平衡向正反应方向移动,但水蒸气的转化率降低,即甲容器中H2O的平衡转化率大于乙容器中H2O的平衡转化率,C正确;D、四氧化三铁是固体,所以增加Fe3O4不能提高H2O的转化率,D不正确,答案选BC。

(4)A相当于是在原平衡的基础上增大压强平衡不移动,但反应放热多。由于是绝热容器,温度升高,使平衡向逆反应方向移动,氢气含量降低;B也相当于是在原平衡的基础上增大压强平衡不移动,但反应吸热。由于是绝热容器,温度降低,使平衡向正反应方向移动,氢气含量增大;C相当于是等效平衡,氢气含量不变,所以各装置中H2的百分含量按由大到小的顺序排列的关系是B>C>A。

(5)FeCl3溶液的pH为3,则溶液中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。

考点:考查平衡常数、盖斯定律的应用、外界条件对平衡状态的影响、转化率以及溶度积常数的有关计算

 

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