Question

6．氮、碳都是重要的非金属元素，含氮、碳元素的物质在工业生产中有重要的应用．一定条件下，铁可以和CO₂发生反应：Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），已知该反应的平衡常数K与温度T的关系如图所示．

①该反应的逆反应是放热（填“吸热”或“放热”）反应．该反应的平衡常数表达式为$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$
②T℃、P pa压强下，在体积为VL的容器中进行反应，下列能说明反应达到平衡状态的是AD．
A．混合气体的平均相对分子质量不再变化；
B．容器内压强不再变化；
C．v_正（CO₂）=v_逆（FeO）
D．混合气体的密度不再变化
③T₁温度下，向体积为V L的密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂，反应过程中CO和CO₂物质的量与时间的关系如图乙所示．则CO₂的平衡转化率为$\frac{2}{3}$，平衡时混合气体的密度与起始时气体的密度之比为$\frac{25}{33}$．

Answer 1

分析 （1）图象甲中平衡常数曲线随温度升高增大，说明正反应为吸热反应，逆向为放热反应；平衡常数为产物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的乘积的比值；（2）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；
（3）T₁温度下，向体积为V L的密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂，平衡常数为2，设二氧化碳起始量为x，变化量为y，
Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），
起始量       x                              0
变化量        y                           y
平衡量      x-y                          y
平衡常数K=$\frac{y}{x-y}$=2，所以$\frac{y}{x}$=$\frac{2}{3}$，
二氧化碳转化率$\frac{y}{x}$=$\frac{2}{3}$，由此分析解答．

解答 解：（1）图象甲中平衡常数曲线随温度升高而增大，说明正反应为吸热反应，逆向为放热反应，平衡常数为产物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的乘积的比值，由于Fe和FeO为固体，不能写在化学平衡常数表达式中，所以K=$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$，
故答案为：放热；$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；
（2）Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），反应前后是气体体积不变的放热反应，
A、反应前后气体物质的量不变，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，A正确；
B、反应前后气体体积不变，容器内压强始终不发生变化，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C、氧化亚铁是固体，不能表示反应速率，故C错误；
D、混合气体的密度不再变化，说明气体的质量不变反应达平衡状态，故D正确
故答案为：AD；
（3）T₁温度下，向体积为V L的密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂，平衡常数为2，设二氧化碳起始量为x，变化量为y，
Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），
起始量     x                                0
变化量      y                             y
平衡量     x-y                           y
平衡常数K=$\frac{y}{x-y}$=2，所以$\frac{y}{x}$=$\frac{2}{3}$，
二氧化碳转化率$\frac{y}{x}$=$\frac{2}{3}$，
平衡时混合气体的密度与起始时气体的密度之比为气体摩尔质量之比=$\frac{44（x-y）+28y}{x}$：44=$\frac{25}{33}$，
故答案为：$\frac{2}{3}$； $\frac{25}{33}$．

点评 本题考查化学平衡常数表达式，难度不大，注意纯固体纯液体不能写在化学平衡常数表达式中．