Question

【题目】以赤铁矿为原料，利用高炉炼铁的基本反应为：

i.Fe2O3（s）+3CO2Fe（s）+3CO2（g）△H1

其中CO产生的反应是：

ii.C（焦炭，s）+O2（空气，g）=CO2（g）△H2＜0

iii.C（焦炭，s）+CO2（g）=2CO（g）△H3＞0

（1）以焦炭炼铁的反应：3C（焦炭，s）+2Fe2O3（s）4Fe（s）+3CO2（g）的△H=____________（请用含△H1、△H2或H3的式子表示）。

（2）反应i的平衡常数与温度的关系如下表，请回答：

温度/℃	1000	1150	1300
平衡常数K	64.0	50.6	42.9

①当反应温度为1150℃，高炉中n（CO）：n（CO2）=4:1时，v正_____v逆（填大于、小于、或等于）。

②己知高炉容积VL，反应温度1000℃。若提供给i反应的CO共2.24×103L（已折算标准状况），该反应经过tmin达平衡，则CO2在此段时间的反应速率为________（用V、t代数式表示）。

（3）T℃下，初始体积均为2L，初始压强均为100kPa的甲（固定体积），乙（固定压强）两容器中各充入2molCO进行反应iii，达平衡时甲中气体压强变为原来的4/5倍。请回答：

①下列可以判断甲中反应达平衡的是________________（填字母序号）。

a.2c（CO2）=c（CO）

b.v正（CO2）=2v逆（CO）

c.气体密度不再改变

d.气体平均分子量不再改变

②下图为甲、乙两容器中CO的百分含量（CO%）与时间（t）的关系示意图，其中代表乙容器的是___________（填字母编号），理由是______________________。

③乙容器中达平衡时的平衡常数Kp=___________________（Kp为用压强表达的平衡常数）。

Answer 1

【答案】2△H1+3△H3 大于 mol/（L·min） cd b 乙容器相当于甲加压，加压使得反应速率加快，先达到平衡；同时加压使得平衡向着气体分于数减小的方向，即逆向移动，故CO含量乙＜甲 180 kPa

【解析】

（1）根据盖斯定律计算；

（2）①利用浓度商与平衡常数大小进行判断；

②v（CO2）=△n/Vt；

（3）①根据平衡状态的特征判断，当反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等（同种物质），各物质的浓度、含量不再改变，以及由此衍生的一些物理量也不变，以此进行判断；

②图中先出现拐点，对应的压强大。

③平衡三段式列式计算。

（1） i.Fe2O3（s）+3CO2Fe（s）+3CO2（g） △H1

其中CO产生的反应是：

ii. C（焦炭，s）+O2（空气，g）=CO2（g）△H2＜0

iii. C（焦炭，s）+CO2（g）=2CO（g） △H3＞0

i×2+iii×3得：以焦炭炼铁的反应：3C（焦炭，s）+2Fe2O3（s）4Fe（s）+3CO2（g）的△H=2△H1+3△H3；

（2）①在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生反应：Fe2O3（s）+3CO2Fe（s）+3CO2（g），该反应的平衡常数表达式为：K=c3(CO2)/c3(CO)=50.6。当反应温度为1150℃，高炉中n（CO）：n（CO2）=4:1时，Qc=c3(CO2)/c3(CO)=1/43<50.6，反应正向进行，故v正大于v逆 ；

②n（CO2）==100mol

K=c3(CO2)/c3(CO)=64，c(CO2)=4c(CO)，得平衡时n(CO2)=4[100mol-n(CO2)]，得n(CO2)=80mol，v（CO2）=

（3）iii. C（焦炭，s）+CO2（g）=2CO（g） △H3＞0

①a.2c（CO2）=c（CO）没有指明正逆速率，故错误；

b.应为2v正（CO2）=v逆 （CO），故错误；

c.气体质量发生变化，容器体积不变，气体密度不再改变，说明反应达到平衡状态，故正确

d.反应前后气体物质的量改变，气体质量发生变化，混合气体的平均相对分子质量不再变化，说明反应达到平衡状态，故正确；

故选cd。

②下图为甲、乙两容器中CO的百分含量（CO%）与时间（t）的关系示意图，其中代表乙容器的是b，乙容器相当于甲加压，加压使得反应速率加快，先达到平衡；同时加压使得平衡向着气体分于数减小的方向，即逆向移动，故CO含量乙＜甲。

③甲中C（焦炭，s）+CO2（g）=2CO（g）

起始量/mol 0 2

变化量/mol x/2 x

平衡量/mol x/2 2-x

2-x+ x/2=2×4/5

x=0.8

k= =180 kPa