Question

19．高炉炼铁过程中发生的主要反应为：1/3Fe₂O₃（s）+CO（g）?2/3Fe（s）+CO₂（g）
已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：

温度/℃	1000	1150	1300
平衡常数	4.0	3.7	3.5

（1）该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$，△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）；
（2）在一个容积为5L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，此时比较v（正）＞ v（逆） （填“＞”“=”“＜”），反应经过2min后达到平衡．求该时间范围内反应的平均反应速率v（CO₂）=0.06mol．L^-1．min^-1，CO的平衡转化率=60%；
（3）、欲提高（2）中CO的平衡转化率，可采取的措施是C．
A．减少Fe的量    B．增加Fe₂O₃的量    C．移出部分CO₂
D．提高反应温度   E．减小容器的容积    F．加入合适的催化剂．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应；
（2）计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行，进而判断v（正）、v（逆）相对大小；
1000℃时时平衡常数K=4，由平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$可知，平衡时c（CO₂）=4c（CO），故平衡时n（CO₂）=4n（CO），由碳元素守恒可知n（CO₂）+n（CO）=2mol，联立计算平衡时n（CO₂）、n（CO），再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂），转化率=$\frac{物质的量变化量}{起始物质的量}$×100%；
（3）欲提高（2）中CO的平衡转化率，改变条件应使平衡正向移动．

解答 解：（1）$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；
由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，则△H＜0，
故答案为：$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；＜；
（2）此时浓度商Qc=$\frac{\frac{1}{5}}{\frac{1}{5}}$=1＜K=4，反应向正反应进行，则v（正）＞v（逆）；
1000℃时时平衡常数K=4，由平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$可知，平衡时c（CO₂）=4c（CO），故平衡时n（CO₂）=4n（CO），由碳元素守恒可知n（CO₂）+n（CO）=2mol，联立可得n（CO₂）=1.6mol、n（CO）=0.4mol，则v（CO₂）=$\frac{\frac{1.6mol-1mol}{5L}}{2min}$=0.06mol．L^-1．min^-1，转化的CO为1mol-0.4mol=0.6mol，故CO转化率=$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%，
故答案为：0.06mol．L^-1．min^-1；60%；
（3）A．Fe为固体，减少Fe的量，不影响平衡移动，CO转化率不变，故A错误；
B．Fe₂O₃为固体，增加Fe₂O₃的量，不影响平衡移动，CO转化率不变，故B错误；
C．移出部分CO₂，生成物浓度降低，平衡正向移动，CO转化率增大，故C正确；
D．正反应为放热反应，提高反应温度，平衡逆向移动，CO转化率减小，故D错误；
E．减小容器的容积，压强增大，反应前后气体体积不变，平衡不移动，CO转化率不变，故E错误；
F．加入合适的催化剂，可以加快反应速率，不影响平衡移动，CO转化率不变，故F错误，
故选：C．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数及其应用，难度不大，（2）注意对平衡常数的理解与灵活应用．